초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 난류의 energy spectrum 분포에 기반하여 딥러닝 network를 제안하고, 이를 활용하여 DNS 수준의 난류 유동장을 효과적으로 생성함으로써 난류 구조 분석에 딥러닝 기법을 활용할 수 있음을 보여주는 연구이다. 특히 거대 난류 구조와 주변 와류 구조의 분포와 상호작용 영향을 분석하여 고 레이놀즈 수 유동 DNS를 위한 최소 유동방향 도메인을 도출하였으며, 이를 이용하여 고 레이놀즈 수 DNS를 수행함으로써 계산 비용을 혁신적으로 줄일 수 있다는 가능성을 제시하였다.

□ 연구 목표대

□ 연구개요
본 연구는 난류의 energy spectrum 분포에 기반하여 딥러닝 network를 제안하고, 이를 활용하여 DNS 수준의 난류 유동장을 효과적으로 생성함으로써 난류 구조 분석에 딥러닝 기법을 활용할 수 있음을 보여주는 연구이다. 특히 거대 난류 구조와 주변 와류 구조의 분포와 상호작용 영향을 분석하여 고 레이놀즈 수 유동 DNS를 위한 최소 유동방향 도메인을 도출하였으며, 이를 이용하여 고 레이놀즈 수 DNS를 수행함으로써 계산 비용을 혁신적으로 줄일 수 있다는 가능성을 제시하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
- (물리 정보 기반 딥러닝) 본 연구는 난류 물리에 기반하여 인공신경망의 정확도를 향상했다. LSTM 및 GAN 기법을 사용하여 난류 순간유동장을 생성했으며 생성된 유동장의 정확도를 향상하기 위하여 난류 energy spectrum 분포에 기반한 statistical constraint를 도입하였다. 이를 통해 기존 기법에 대비 평균 속도 및 난류 강도의 예측정확도가 상승하는 것을 확인하였다.

- (난류 구조 분석을 통한 분석) 거대 구조의 구불거림 정도 측정 기법을 개발하였으며 이를 응용하여 와류 구조의 기하학적 특성 추출 및 거대 구조와 상호작용 하는 구조를 추출하였다. 이를 바탕으로 인공신경망을 통해 생성된 유동장내 존재하는 난류 구조들의 공간적 특성과 이에 기인한 난류 통계량을 분석하였으며 본 연구에서 생성된 유동장이 DNS 수준의 난류 구조 특성을 성공적으로 예측함을 밝혔다.

- (고 레이놀즈수 DNS) 생성된 유동장 내 존재하는 난류 구조를 분석하여 유동방향으로 필요한 최소 도메인 크기를 추정하였으며 도메인 크기에 따른 벽 난류 유동 DNS를 수행하여 추정된 도메인의 크기가 고 레이놀즈 수 DNS에 사용될 수 있음을 밝혔다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 물리 정보에 기반한 딥러닝 기법을 활용하여 생성된 유동장을 통해 DNS 수준의 난류 구조 특성이 예측됨을 보였으며 이는 개발된 기법이 난류 구조 분석을 위한 새로운 분석 방법으로 활용될 수 있다는 것을 시사하기에 학술적으로 매우 중요하다. 또한, 본 연구에서 발견한 난류 구조의 특성에 착안한 유동방향 최소 도메인 길이를 활용하면 초고 레이놀즈 수 벽 난류 유동 해석을 효율적으로 수행할 수 있을 것으로 예상된다. 교육적인 측면에서는 난류 수치모사 및 딥러닝 기술의 융합지식과 경험을 갖춘 글로벌 전문 연구 인력양성이 가능할 것으로 기대된다.
- 본 연구를 통해 밝혀낸 난류 구조에 대한 물리적 이해를 바탕으로 난류 구조 기반 유동 예측 및 벽면 저항 발생 메커니즘을 규명할 수 있으며, 이를 통해 효율적인 구조설계를 가능케 함으로써 산업 응용 분야에 크게 이바지할 것으로 예상한다. 또한, 해당 연구를 통해 개발된 딥러닝 기술을 활용하여 고 레이놀즈 난류 유동 데이터를 효과적으로 생산하여 표준 데이터베이스를 구축하면, 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것으로 예상한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구 필요성 ... 4
• 2) 연구 목적 및 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도 ... 5
• 2) 2차년도 ... 7
• 3) 3차년도 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 19
• 끝페이지 ... 23