비압축성 유동 해석을 위한 입자법 수치 시뮬레이션 기술 개발

Abstract

A particle method recognized as one of gridless methods has been developed to investigate incompressible viscous flow. The method is more feasible and effective than conventional grid methods for solving the flow field with complicated boundary shapes or multiple bodies. The method is consists of particle interaction models representing pressure gradient, diffusion, incompressibility and the boundary conditions. In the present study, the models in case of various simulation condition were checked with the analytic solution, and applied to the two-dimensional Poiseuille flow in order to validate the developed method.1. 서 론 종래 연속체의 수치 시뮬레이션 기술로는 격자계를 이용하는 방법이 널리 사용되어 왔다. 하지만 복잡한 형상에 대해서는 격자 생성에 많은 어려움과 방대한 시간이 소요되며 연속적으로 계면(Interface)이 크게 변형하는 문제에는 격자 생성에 대해 다양한 연구가 불가피하다. 한편 입자를 사용하는 SPH법(Monaghan, 1988), PIC법(Harlow, 1988), PIC법의 계량인 FLIP 법(Brackbill and Ruppel, 1986; Brackbill et al., 1988), MPS법(Koshizuka et al., 1995) 등은 격자생성의 복잡한 작업이 불필요하여 격자가 꼬이는 등의 위상관계를 고려할 필요가 없고, 계면이 크게 변형되는 문제에도 적용될 수 있는 장점을 가지고 있다. 특히 비선형성 자유표면 유동의 수치 시뮬레이션의 경우에 있어서 입자를 이용한 수치 시뮬레이션 방법은 격자를 이용한 해석 방법보다 복잡한 형상의 물리 현상을 해석할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 또한 입자를 이용한 수치 시뮬레이션 방법은 이류항(Convection term)의 계산을 입자의 완전한 라그란지안(Lagrangian) 접근에 의해 입자의 이동으로 계산함으로서 오일러(Eulerian) 방법에서 심각하게 유발되는 수치 확산(Numerical diffusion)을 줄일 수 있다.