• 제목/요약/키워드: 유한체적법

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유한차분법과 유한체적법을 이용한 1차원과 2차원 개수로 흐름해석 (Analysis of 1D and 2D Flows in Open-Channel with FDM and FVM)

  • 김만식;이진희;정찬;박노혁
    • 한국습지학회지
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    • 제10권2호
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    • pp.67-79
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    • 2008
  • 하천에서의 부정류 해석을 위해서 1차원 유한차분법(FDM)인 Abbott-Ionescu scheme과 2차원 유한체적법(FVM)인 근사의 Riemann solver(Osher scheme)에 대하여 살펴보았다. 두 모형은 직선 하도, 약간 굽어진 사행하도 및 사행하도에서의 흐름 문제들에 적용되었으며 결과의 비교는 균일한 직사각형 수로에 대하여 이루어졌다. 하천의 복잡한 형상의 표현하기 위해서는 이를 고려할 수 있는 유한체적법을 이용하였다. 유한차분법과 유한체적법 결과는 수위 및 유량 수문곡선에 대하여 매우 만족스러운 것으로 나타났다. 균일한 직선하도에 대해서는 1차원분석으로도 충분하다는 사실을 파악할 수 있었으며, 사행하도의 경우 흐름을 정확하게 모형화하기 위해서는 2차원 또는 3차원 모형을 사용하여야 할 것이다.

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유한체적법을 이용한 2차원 라플라스방정식의 수치해석 (Computational Analysis of 2-Dimensional Laplace Equation Using Finite Volume Method)

  • 안희섭;신양섭;이석원;이한신;김영근;서정민
    • 대한전기학회:학술대회논문집
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    • 대한전기학회 2001년도 추계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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    • pp.284-287
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    • 2001
  • 유한체적법(Finite Volume Method)은 기계공학분야에서 열, 유체현상을 수치해석하는 방법으로 널리 쓰이고 있다. 열전달(Heat Transfer)문제의 지배방정식은 에너지방정식(Energy equation)으로써 그 중 순수 전도문제의 경우 지배방정식은 라플라스(Laplace)방정식의 형태를 띄고 있다. 전계해석의 지배방정식 역시 라플라스 방정식의 형태이다. 수학적으로 동일한 지배방정식을 갖는 다는 것은 물리적으로 같은 현상을 나타내고 있다는 것을 의미하며 이러한 점에 착안을 하여 본 논문에서는 유한체적법을 사용하여 2차원 모델에 대한 전계해석을 수행하였다.

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유한체적법을 이용한 제방붕괴 해석 (Numerical Analysis of Embankment Failure with Finite Volume Method)

  • 유재홍;김형준;조용식
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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    • pp.1671-1676
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    • 2006
  • 홍수범람은 무제부에서의 하천수위 상승으로 인해 제내로 서서히 침수해가는 것과 월류로 인한 제방의 파괴를 동반하는 급격한 범람의 두 가지 형태가 있다. 기존연구들은 대부분이 월류에 의한 제방붕괴를 고려할 경우, 제방붕괴가 점진적으로 발생함에도 불구하고 이를 수치모형에 적용할 경우 갑작스럽게 지형을 낮추거나 초기지형으로써 제방붕괴를 가정하여 이를 고려해왔다. 본 연구에서는 제방붕괴를 시간의존적인 함수로 가정하고 이를 고려할 수 있는 서브프로그램의 개발을 통해 기존의 방법과 비교하여 그 영향을 검토하였다. 본 연구에 사용된 수치모형은 비선형의 2차원 천수방정식을 비구조적 격자계가 적용된 유한체적법을 이용하였으며, Riemann 해를 계산하기 위하여 approximate HLLC Riemann solver를 이용하였다. 기연구된 제방붕괴 고려방법과 본 연구의 시간의존적인 제방붕괴 고려방법을 통해 월류량을 비교하였을 때, 기존연구들의 홍수범람 해석결과가 과다예측 되었음을 알 수 있었다. 추후의 이루어질 연구들에서는 시간의존적인 제방붕괴를 반드시 고려해야됨과 동시에 이를 자연현상과 좀더 가깝고 효과적으로 고려할 수 있도록 연구가 필요하다.

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유한체적법에 의한 이층류 계산 및 쇄파에 관한 토의 (Computation of Two-Fluid Flows by Finite Volume Method and Discussion on Wave Breaking)

  • Milovan Peric
    • 한국해양공학회지
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    • 제14권1호
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    • pp.11-16
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    • 2000
  • 수중날개를 대상으로 임의로 변형하는 이층류의 수직계산을 수행하였다. 계산은 비구조격자와 접면포착법을 이용하여 자유표면의 형상을 결정하였다 본 연구에 의하면 낮은 물속 깊이와 높은 프루드수에서 쇄파현상이 발생하였다 수중날개에 대하여 쇄파형상의 효과를 연구하였고 실험값과 계산값을 상호비교함으로서 격자의 민감성을 수직적으로 확인하였다.

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충격파 모의를 위한 이차원 유한체적 비정상 흐름 모형 (Two-Dimensional Finite-Volume Unsteady-Flow Model for Shocks)

  • 이길성;이성태
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제31권3호
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    • pp.279-290
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    • 1998
  • 충격파의 높이나 속도는 홍수제어조작이나 수로벽과 빠른 유속을 가지는 하천에서 교량의 설계에 중요한 자료가 된다. 따라서 광범위한 조건에서 흐름의 불연속면을 모의할 수 있는 수치모형이 요구된다. 본 연구에서는 천수방정식을 지배방정식으로 한 Godunov 형 유한체적법 모형을 개발하였다. Riemann 해법으로 Roe(1981)의 해법이 사용된다. 이 모형은 본 연구에서 비구조적격자(unstructured grids)를 사용하기 위해 개발된 수정 MUSCL을 도입하였다. 양해법을 쓰는 본 모형은 시간간격을 자동 계산한다. 개발된 모형을 전형적인 이차원 댐 붕괴파 모의, 수리모형 실험에서 행해진 붕괴파 모의, 그리고 수리모형 실험에서 행해진 만곡수로에서의 정상상태 모의 등에 적용하였다. 그 적용결과에 의해 다음과 같이 결론을 내었다. 1)유한체적법은, 충격파 모의를 위한 수치해석 기법인 Godunov 형 방법과 잘 결합될 수 있기 때문에 충격파를 모의하기에 적당한 방법이다. 2)수정 MUSCL과 결합된 유한체적법 모형이 충격파를 잘 포착함으로써 수정 MUSCL의 적용성이 입증되었다.

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2차원 유한체적법을 이용한 비정상상태 자유수면 모의에 관한 연구 (A Study on Unsteady Free Surface Flow Simulation Using Two-Dimensional Finite Volume Method)

  • 정우창;황만하
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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    • pp.664-668
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    • 2008
  • 본 연구에서는 비정상상태 자유수면 모의를 위해 2차원 유한체적법을 이용한 수치모형을 개발하였으며, 이론적인 해석해 및 수리실험을 통한 실측자료를 이용하여 검증하였다. 개발된 모형은 지배방정식으로 비선형 및 보존형 2차원 천수방정식(shallow water equation)을 이용하였으며, 동적메모리 할당 기능이 포함된 Fortran-90으로 코딩되었다. 또한 구조화된 격자 및 비구조화 격자 시스템에도 적용될 수 있도록 모형을 구성하였으며, 불규칙한 하상지형에 의해 수치진동을 감소시키기 위해 본 모형에 well-balanced HLLC 기법을 적용하였다. 모형의 적용성을 검증하기 위하여 1차원의 경우 젖은/마른 하상 조건하에서의 댐 붕괴파 문제와 하상이 변화하는 지형 구간을 통과할 때 발생되는 천이류에 대한 문제 그리고 시간에 따라 변화하는 수위와 지형 조건에서의 wetting & drying에 대한 문제에 적용하였으며, 2차원의 경우 전통적인 댐 붕괴파 문제 및 구조물에 미치는 댐 붕괴파의 영향에 대한 수리모형실험을 통한 실측자료를 이용하여 검증하였다. 검증결과 본 모형을 통해 계산된 수치해는 이론적인 해석해와 실측자료에 거의 정확히 일치하였으며, 향후 실제 하천 자료를 이용하여 모형의 현장 적용성을 검증할 것이다.

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비정렬 유한체적법을 위한 QUICK법의 수정 (Modification of QUICK Scheme for Unstructured Grid Finite Volume Method)

  • 강동진;배상수
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제24권9호
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    • pp.1148-1156
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    • 2000
  • The QUICK scheme for convection terms is modified for unstructured finite volume method by using linear reconstruction technique and validated through the computation of two well defined laminar flows. It uses two upstream grid points and one downstream grid point in approximating the convection terms. The most upstream grid point is generated by considering both the direction of flow and local grid line. Its value is calculated from surrounding grid points by using a linear construction method. Numerical error by the modified QUICK scheme is shown to decrease about 2.5 times faster than first order upwind scheme as grid size decreases. Computations are also carried out to see effects of the skewness and irregularity of grid on numerical solution. All numerical solutions show that the modified QUICK scheme is insensitive to both the skewness and irregularity of grid in terms of the accuracy of solution.

병렬 컴퓨터에서 다중블록 유한체적법을 이용한 비압축성 유동해석 (Numerical Prediction of Incompressible Flows Using a Multi-Block Finite Volume Method on a Parellel Computer)

  • 강동진;손정락
    • 한국유체기계학회 논문집
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    • 제1권1호
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    • pp.72-80
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    • 1998
  • Computational analysis of incompressible flows by numerically solving Navier-Stokes equations using multi-block finite volume method is conducted on a parallel computing system. Numerical algorithms adopted in this study $include^{(1)}$ QUICK upwinding scheme for convective $terms,^{(2)}$ central differencing for other terms $and^{(3)}$ the second-order Euler differencing for time-marching procedure. Structured grids are used on the body-fitted coordinate with multi-block concept which uses overlaid grids on the block-interfacing boundaries. Computational code is parallelized on the MPI environment. Numerical accuracy of the computational method is verified by solving a benchmark test case of the flow inside two-dimensional rectangular cavity. Computation in the axial compressor cascade is conducted by using 4 PE's md, as results, no numerical instabilities are observed and it is expected that the present computational method can be applied to the turbomachinery flow problems without major difficulties.

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고정격자계에서 유한체적법을 이용한 진공동결건조 과정의 열 및 물질전달에 대한 연구 (A Fixed Grid Finite Volume Analysis of Multi-Dimensional Freeze Drying Process under Vacuum Condition)

  • Chi-Sung, Song
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • 제28권6호
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    • pp.981-992
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    • 2004
  • Freeze drying under vacuum condition is a complex process that involves simultaneous heat and mass transfer, sublimation of ice, and motion of sublimation front. Proper treatment of the motion of sublimation interface is crucial for an accurate prediction of the freeze drying process. Based on the enthalpy formulation that has been successfully used in liquid/solid phase change problems. a fixed grid method. streamlined for the freeze drying analysis. was developed in this study. The accuracy of the fixed grid method was checked by solving a one-dimensional tray freeze drying and a two-dimensional vial freeze drying problem and then comparing the results with those by the moving grid method. Finally. the freeze drying characteristics of two-dimensional slab and axis-symmetric cylinder was investigated using the fixed grid method.