통합 지배방정식 기반 압력해석 CFD 방법론 연구

Pressure-based CFD framework for unified conservation laws

연구 내용

비압축·압축 유체의 통합 지배방정식을 압력 포아송 방정식으로 일괄 계산하고 다상 경계에서 압력·법선속도 연속성을 확보하는 수치해석 방법을 개발하는 연구

비압축·압축 유체를 동시에 다루기 위해 통합 보존법칙을 기반으로 한 압력 기반 수치해석 절차를 구축합니다. 가스의 압축성은 폴리트로픽 법칙으로 모델링하고 에너지 방정식을 분리하여 계산 효율과 수치적 안정성을 확보합니다. 전체 영역에서 단일 압력 포아송 방정식을 풀어 순간 압력장을 산출하며, 압축성 영향은 포아송 방정식의 소스항으로 반영합니다. 물리 경계(재료 경계)에서는 추가 처리를 하지 않고도 압력과 법선속도의 연속성을 만족시키는 구현이 차별점입니다. 이를 통해 물기둥 진동, 공기 포켓 유동 등 압력 변동 문제에 적용합니다.

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연구 흐름

초기에는 비압축·압축 유체를 동시에 다루는 압력 기반 통합 지배방정식 해법을 정립하고, 단일 압력 포아송 방정식으로 전체 유동 영역을 계산하는 구조를 확보했습니다. 이후 폴리트로픽 가스 모델을 도입해 에너지 방정식의 결합을 해제하고, 경계 조건에서 압력과 법선속도 연속성이 자연스럽게 성립하는지 검증했습니다. 검증 단계에서는 폐관 내 수주 진동, 폐탱크 자유 낙하 등 정밀한 시간 이력 비교가 수행되었습니다. 최종적으로 공기 포켓이 포함된 댐 브레이크 유동을 통해 압축성 기반 음향·유체 연성 현상을 해석하는 방향으로 확장했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

슬로싱 압력 이력 예측
댐 브레이크 공기 포켓 거동 해석
폐관 수주 진동 수치 모델
경계 연속 조건을 포함한 다상 유동 해석
압력 포아송 기반 범용 CFD 코드화
공기 포켓 동특성 기반 설계 안전성 평가
경계 조건 민감도 저감 수치 기법
압축성 편향을 고려한 스케일링 프레임
재료 경계 포함 유동 검증 플랫폼
수치해석 기반 시험 대체 모델