LES


Startup-flow around simplified MIRA fast back model

   수치해법 및 컴퓨터의 진보로 인해 수치해석을 통한 차량의 공력특성해석은 그 동안의 실험에 의존해 왔던 전통적인 설계 방법론의 보조로 사용됨으로서 설계 단계에서의 많은 시간적 비용적인 절감을 가지고 왔습니다. 현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 유동해석을 위한 난류 모델로서 난류의 등방성 및 고레이놀즈 수를 기본가정으로 하는 k-e계열의 난류모델이 주종을 이루고 있으며 다양한 형태의 수정이 가해져 그 입지가 확고한 상태입니다. 그러나 컴퓨터의 속도가 나날이 증가하고 병렬처리가 일반화되어 가고 있는 현 추세로 본다면 현재의 k-e 계열의 난류모델보다 더욱 정교한 난류모델을 사용하여 수치해석의 디자인에서의 중요성을 보다 높이고 최종적으로는 유동의 기본구조 및 특성의 파악으로 실험을 대체할 수 있는 수단으로까지 발전시킬 수 있을 것으로 보입니다.

   이런 관점에서 차세대 난류모델로서 가장 유망한 것으로 대와류모사(Large Eddy Simulation)가 있으며 1990대 초반부터 매우 활발한 연구를 보여 최근에는 그 정확도가 많은 분야에서 입증되고 있습니다. 이와 함께 기본적으로 LES해석은 물리적으로 보다 정교한 비정상 유동장을 얻는 과정이므로, 보다 정확한 소음해석의 기반 툴로서의 의미도 지니게 됩니다. 따라서 LES를 실용화 할 수 있는 연구가 현재 매우 요구되고 있습니다. 보다 정확한 난류 유동 및 소음 해석을 위한 LES 코드를 실용화시킴으로 인해 실험으로 인한 비용의 절감 및 현재 사용되고 있는 사용패키지의 결과를 검증하는 목적으로 사용할 수 있을 것입니다. 비록 아직까지 LES는 공학적용도로 사용하기에는 무리가 있어 기존의 RANS에 기반한 난류유동 해석을 바로 대체할 수 있을 정도의 위치는 아니며, SGS모델링의 경우도 아직 학문적으로 완전히 정립되어 있지는 않다고 할 수 잇지만, 학계에서는 LES를 이용한 다양한 난류 유동장 해석이 자주 보고 되고 있으며 이에 대한 검증들이 활발하게 이루어지고 있어 머지 않은 미래에 주류로 자리 잡을 것이라고 예상됩니다. 또한, 몇 년전까지만 하더라도 병렬화라는 개념이 그렇게 많은 것은 아니었으나 과도한 개발비용이 소모되는 벡터컴퓨터의 개발보다는 고속네트웍을 통한 기존의 중앙연산장치를 묶은 병렬컴퓨터의 출현이 두드러지고 있습니다. 대형 벤더에서 개발된 전문 병렬컴퓨터와 함께 중소규모 병렬해석에 아주 유용한 베어울프 타입의 소규모 클러스터형 병렬컴퓨터는 일반적으로 사용되는 PC의 부품과 저가의 상용 네트웍을 기반으로 하여 저가격에 고수준의 계산환경을 구축할 수 있어 전산해석의 실용성을 더욱 높여주고 있습니다. 하드웨어적인 발전뿐만 아니라 병렬환경을 구축하기위한 통신 라이브러리들의 표준화와 함께 기존의 선형 방정식의 해법론들의 효율적인 병렬화등의 소프트웨어적인 발전도 병렬화를 거대 전산 해석의 필수불가결한 요소의 하나로 자리잡게 하였습니다.

   본 연구는 LES를 공학적인 용도로 실용화할 수 있도록 효율적이고 정확한 LES 코드를 개발하고 이를 차량의 공력해석에 적용하는 것을 목표로 진행 중에 있습니다. 먼저, LES 해석을 위한 기반 코드 작성을 위하여 문헌상에 알려진 여러 가지 subgrid scale 모델을 비교검토하며, LES 운용에 필요한 grid resolution 및 경계조건, 초기조건등의 기초연구를 수행하고 있습니다. LES의 공학적 응용을 위한 비직교 좌표계의 사용 및 고차 정확도, 다중 블록을 스펙으로 갖는 LES 코드를 작성하게 되며 스펙으로 결정된 성능을 보이는지에 대한 테스트를 평판의 난류 경계층 성장 및 채널유동 등의 단순유동에서 행하게 됩니다. 이 과정이 끝나면 코드의 기본적인 기능에 대한 구현은 완료된 것으로 보게 되며, 보다 복잡한 유동에서의 해석 속도 향상을 위한 병렬화를 하게 됩니다. 이어서, 완성된 코드의 소음 해석 기능을 결합한 후 더욱 복잡한 형태의 난류유동에 대한 난류 및 소음특성을 실험과 비교, 코드의 성능을 입증하게 됩니다. 최종적으로 실차량 모델에 근접한 형상에서의 난류유동과 소음해석을 수행하고 이를 실험치와 비교 최종적으로 개발된 코드를 실용화 하고자 합니다.




Pressure contour (Re=1000)
Pressure histories at 4 points on the cylinder surface