• Title, Summary, Keyword: 공간 차분방정식

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Numerical Simulation of Injection Molding Filling Process of Short-Fiber-Reinforced Thermoplastics (단섬유보강 플라스틱재료의 사출성형 충전공정 수치해석)

  • 권태헌
    • The Korean Journal of Rheology
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    • v.5 no.2
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    • pp.109-124
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    • 1993
  • 본 연구의 목표는 임의의 3차원 사출성형 금형 공간내에서 단섬유 강화 플라스틱의 충전 공정에서의 과도기적 섬유방향성을 예측하는 수치해석 프로그램의 개발에 있다. Hele-Shaw 방정식에 단섬유에 의해서 추가된 응력을 고려한 Dinh-Armstrong의 모델을 도 입함으로써 새로운 충전과정의 압력 지배 방정식이 유도되었다. 새로운 압력지배 방정식은 단섬유에 의한 응력 때문에 몇 개의 새로운 항들을 포함하고 있다. 충전 과정의 해석은 새 로운 압력지배방정식과 에너지 방정식을 유한효소법과 유한 차분법을 이용하여 풀고 동시에 배향텐서(roientation tensor)의 변화 방정식을 4차 Runge-Kutta 방법을 이용하여 풀었다. 단섬유 배향 텐서를 텐서의 변환 법칙을 이용하여 임의의 3차원 금형 공간내의 모든유한요 소의 중심에서 두께방향의 모든유한 차분 격자를 따라 계산하였다. 이러한 방법으로 임의의 3차원 사출성형 금형 공간내에서 비등온 충전유동과 과도기적 3차원 섬유배향상태를 서로의 상호작용을 고려하여 수치 모사하여 다양한 유동 형태에 따른 단섬유 배향 상태의 변화에 대하여 알아보고자 한다.

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Optimized Compact Finite Difference Schemes for Computational Aeroacoustics (수치적 공력음향해석을 위한 집적유한차분법의 개발)

  • Lee D. J.;Kim J. W.
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • pp.197-202
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    • 1995
  • 비정상(unsteady) 압축성(compressible) 유동에 의한 공력음향(aeroacoustics)을 모사하여 공력소음원을 해석하기 위해서는 고차(high order)의 정확도와 높은 해상도(resolution)를 가지며, 상대적으로 계산시간을 많이 필요로 하지 않는 외재적(explicit) 유한차분법이 필수적으로 요구된다. 이것은 주어진 차분방식과 격자계로써 공간과 시간상에 존재하는 미소크기의 파동성분들을 충분히 구현하여야 만족할 만한 수치해를 얻을 수 있기 때문이다. 본 연구에서는, 그러한 유한차분법 중 최근에 관심의 대상이 되고있는 삼각(tridiagonal)또는 오각(pentadiagonal) 집적유한차분법(compact finite difference scheme)이 최대의 해상도를 갖도록 하는 수학적인 방법을 개발하고, 이 방법으로써 새롭게 집적유한차분법을 최적화하였다. 개발된 최적화 방법은, 푸리에 해석법(Fourier analysis)을 통하여 파동수(wavenumber) 영역에서 수학적으로 계산된 위상오차(phase error)를 최소화하는 것이며, 이러한 개념과 방법은 본 연구에서 처음으로 집적유한차분법에 적용되었다. 여러가지 절단정확도(truncation order)에 대해서 최적화 된 집적유한차분법들이 실제 공간과 시간상에서 보여주는 정확도와 오차특성을 알아보기 위하여, 이 방법들을 1차원 선형파동방정식에 적용하였고, 이 결과를 통하여 가장 정확하고 효과적인 절단정확도의 집적유한차분법을 선별하였다. 특히, 오각(pentadiagonal)법에 비해 더욱 효율적인 6차 삼각(tridiagonal)법을 1차원 Euler방정식에 적용하여, 비선형 파동에 대한 모사를 수행할 수 있었다.

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A Numerical Study of Diffusion Flames in Supersonic Flow (초음속 유동장 내의 확산 화염에 관한 수치 연구)

  • 김지호;윤영빈;정인석
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • pp.17-17
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    • 1997
  • 극초음속 여객기와 군사용 항공기에 대한 수요가 증가함에 따라서 새로운 개념의 다양한 추진기관이 연구가 진행되고 개발되어 왔다. 초음속 항공기의 속도 영역은 마하 10-20 정도가 되는데 이 속도 한계를 극복하기 위하여 초음속 연소 램제트 엔진(SCRamjet; Supersonic Combustion Ramjet)이 제안되었다. 스크램 제트를 개발하기 위해서는 연료와 산화제의 혼합 효율 문제, 화염의 안정화 문제, 벽면의 냉각에 관한 문제 등 몇 가지 기본적인 문제들을 해결해야 한다. Univ of Michigan에서 실험한 연소기를 모델로 본 연구에서는 연료와 공기의 혼합에 관한 수치 연구를 수행하였다. 다원 혼합기체에 관한 축대칭 Navier-Stokes 방정식을 지배 방정식을 이용하였고 비평형 화학반응식을 고려하였다. 공간 차분에는 유한 체적법을 이용하였다. 대류 플럭스 항은 Roe의 Upwind FDS 기법을 사용하여 차분하였고 점성항에는 중심 차분법을 이용하였다. 시간 적분법으로는 근사 자코비안과 LU분할 기법을 이용한 완전 내재적 방법이 쓰였다. 난류 모델로는 Mentor에 의해 제안된 2 방정식 k-$\varepsilon$/k-$\omega$ 혼합모델을 사용하였다. 유동장이 실험에서의 찍은 사진과 유사한 모습의 충격파 간섭을 수치 모사하였고 수소가 확산되는 모습과 함께 노즐 lip 주위의 재순환 영역에 대해서 살펴볼 수 있었다.

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Grid Nesting Scheme for High Accuracy of Tsunami Propagation Numerical Model (지진해일 전파 수치모형의 고도화를 위한 격자접속기법)

  • Lim, Chae-Ho;Bae, Jae-Seok;Jeon, Young-Joon;Yoon, Sung-Bum
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.2130-2134
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    • 2007
  • 선형 Boussinesq 형태의 파동방정식을 지배방정식으로 사용하는 능동적인 분산보정 지진해일 전파 유한 차분모형의 정확도를 향상시키기 위한 새로운 동시격자접속기법을 개발하였다. 이 격자접속기법은 공간에 대해 3차 보간식을 사용하므로 짧은 파에 대해서 보간에 따른 오차를 최소화할 수 있고, 시간에 대해 2차 보간식을 사용하기 때문에 기존 기법에 비해 더 정확한 값을 얻을 수 있다. 개발된 격자접속기법의 정확성을 평가하기 위해 수중 원형천퇴상을 전파하는 Gaussian 형상의 가상지진에 대해 격자접속기법을 적용하지 않고 계산한 결과와 격자접속기법을 적용하여 계산한 결과를 FUNWAVE에 포함되어 있는 선형화된 Boussinesq방정식에 의해 계산된 수치해와 비교하였다. 그 결과 개발된 동시격자접속기법의 우수함이 검증되었다.

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Fractal calculus for water pollutant diffusion modeling (하천 오염물질 이송확산 모의에서의 프랙탈 계산기법)

  • Kim, Sangdan;Song, Mee Young
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.552-556
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    • 2004
  • 프랙탈 이송확산방정식은 정수 차수의 미분연산자로 구성된 고전적인 이송확산방정식과 비교하여 프랙탈 차수의 미분연산자로 구성된 보다 상위개념의 방정식으로써 정의된다. 지금까지의 프랙탈 이송확산방정식은 추계학적인 기법을 동원하여 푸리에-라플라스 공간에서 주로 해석되었으나, 본 연구에서는 실제 공간에서 유한차분개념을 도입하여 보다 직접적으희 하천에서의 오염물 이송확산에 관한 지배방정식을 유도하였다. 이러한 개념의 유도방법은 프랙탈 차수 및 관련 확산계수의 물리적인 추정에 관한 실마리를 제공할 수 있다. 고전적인 이송확산방정식과는 달리 프랙탈 이송확산방정식은 실제 하천에서 관측되는 오염물의 시간-농도 분포곡선의 왜곡현상과 분포곡선의 전후방부 농도를 보다 실제에 가깝게 모의할 수 있을 것으로 기대되어진다.

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Numerical Analysis of Natural Convection in Inclined Flat Plate Enclosures (경사진 평판형 밀폐 공간에서의 자연 대류 현상의 수치 해석)

  • Kim, Yong Hyun;Koh, Hak Kyun;Noh, Sang Ha
    • Journal of Biosystems Engineering
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    • v.10 no.1
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    • pp.24-38
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    • 1985
  • 경사진 밀폐 공간에서 마주 보는 두 벽면의 온도 차로 인하여 발생되는 자연 대류 현상은 여러 공학 분야에서 볼 수 있는 중요한 열전달 현상으로서, 최근 들어 평판형 태양열 집열기를 설계하려는 사람들에게 많은 관심의 대상이 되고 있다. 평판형 태양열 집열기의 경우 덮개판으로 부터의 대류 열손실을 감소시킴으로서 집열 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 사용목적에 따라 소형 집열기를 제작할 수 있어 경제적으로 유리하게 될 것이다. 밀폐된 공간에서 최초에 정지 상태에 있는 얇은 유체층을 하부에서 가열시켜 주면 열팽창 현상이 일어나고, 이것에 의한 부력이 점도나 열전도도 등의 안정화 요인을 극복할 수 있을 정도로 커지면 System이 불안정하게 되어 자연 대류 현상이 수반되며 이 때문에 열전달율이 급격히 증가하게 된다. 이러한 현상의 지배 방정식은 연립 비선형 편미분 방정식으로 특수한 경계 조건외에는 일반적으로 해석적 해를 구하기가 어렵기 때문에 실험적 연구가 많이 실시되어 왔고 이들 결과의 대부분은 전반적인 열전달 특성치만을 구하는데 집중되어 왔다. 본 연구에서는 수치 해석법의 하나인 유한 차분법을 도입하여 이차원으로 가정한 경사진 평판형 밀폐 공간에서의 자연 대류 현상의 지배 방정식을 유한 차분화시켜, $$2.74{\times}10^3\leq_-Gr\leq_-2.0{\times}10^6$$, Pr=0.73, $$15^{\circ}\leq_-a\leq_-150^{\circ}$$, 종횡비는 1, 2, 3, 5, 9에 대하여 정상 상태에서의 해를 구하면서 수치적으로 실험하였다. 본 연구에서 얻어진 결론을 요약하면 다음과 같다. (1) 해석적으로 구하기 어려운 경사진 밀폐 공간에서 자연대류현상의 지배 방정식을 유한 차분법으로 해결할 수 있으며, 대류항과 확산항을 따로 고려한 유한차분법이 효과적임을 확인하였다. (2) 저온과 고온 벽면에서의 온도를 각각 균일하게 놓고 단변으로 이루어진 벽면은 완전히 절연되어 있는 경우에 대하여 수치해를 구한결과, 이전의 해석적 및 실험적 결과와 일치하였으며, 시간의 경과에 따른 온도 및 유선의 변화를 현상학적으로 관찰할 수 있었다. (3) 평균 열전달 계수에 미치는 경사각의 효과를 살펴본 결과 종횡비가 1 인 경우 경사각이 $45^{\circ}$에서, 종횡비가 2, 3, 5, 9인 경우 경사각이 $60^{\circ}$에서 각각 평균 열전달 계수 최대치가 나타났다. (4) Ra수(Rayleigh number) 가 증가될수록, 경사각에 상관없이 평균 열전달 계수도 증가되었다. 한편 Ra수 및 경사각의 변화에 따라 종횡비가 증가될수록 평균 열전달 계수는 경사각이 $90^{\circ}$인 경우를 제외하고는 감소됨을 볼 수 있었다. 경사각이 $90^{\circ}$인 경우, 평균 열전달 계수는 종횡비가 2 인 곳에서 최대치를 얻을 수 있었으며, 종횡비가 계속 증가될수록 평균 열전달 계수는 점차 감소되어짐을 볼 수 있었다.

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Analysis of microstrip patch array antenna characteristics using finite difference time domain algorithm (유한차분시간영역 알고리듬을 이용한 마이크로스트립 패치 배열 안테나 특성해석)

  • 홍용인
    • Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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    • v.2 no.2
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    • pp.197-205
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    • 1998
  • The purpose of this paper is to analyze the electromagnetic field characteristics of array antenna with the finite difference-time domain algorithm. Finite difference equations of Maxwell's equations are defined in cylindrical coordinate systems. To simulate the unbounded problem like a free space, the Mur's absorbing boundary condition is also used. After modeling the array antenna with the grid structure, the transient response of the field distribution is depicted in the time domain.

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The Analytical Derivation of the Fractal Advection-Diffusion Equation for Modeling Solute Transport in Rivers (하천 오염물질의 모의를 위한 프랙탈 이송확산방정식의 해석적 유도)

  • Kim, Sang-Dan;Song, Mee-Young
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.37 no.11
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    • pp.889-896
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    • 2004
  • The fractal advection-diffusion equation (ADE) is a generalization of the classical AdE in which the second-order derivative is replaced with a fractal order derivative. While the fractal ADE have been analyzed with a stochastic process In the Fourier and Laplace space so far, in this study a fractal ADE for describing solute transport in rivers is derived with a finite difference scheme in the real space. This derivation with a finite difference scheme gives the hint how the fractal derivative order and fractal diffusion coefficient can be estimated physically In contrast to the classical ADE, the fractal ADE is expected to be able to provide solutions that resemble the highly skewed and heavy-tailed time-concentration distribution curves of contaminant plumes observed in rivers.

Numerical analysis of turbulent recirculating flow in swirling combustor by non-orthogonal coordinate transformation (비직교 좌표변환에 의한 선회연소기내 난류재순환유동의 수치해석)

  • 신종근;최영돈
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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    • v.12 no.5
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    • pp.1158-1174
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    • 1988
  • A numerical technique is developed for the solution of fully developed turbulent recirculating flow in the passage of variable area using the non-orthogonal coordinate transformation. In the numerical analysis, primitive pressure-velocity finite difference equations were solved by SIMPLER algorithm with 2-equation turbulence model and algebraic stress model (ASM). QUICK scheme on the differencing of convective terms which is free from the inaccuracies of numerical diffusion has been applied to the variable grids and the results compared with those from HYBRID scheme. In order to test the effect of streamline curvatures on turbulent diffusion Lee and Choi streamline curvature correction model which has been obtained by modifying the Leschziner and Rodi's model is testes. The ASM was also employed and the results are compared to those from another turbulence model. The results show that difference of convective differencing schemes and turbulence models give significant differences in the prediction of velocity fields in the expansion region and outlet region of the combustor, however show little differences in the parallel flow region.

Development of the LMFBR Accident Analysis Computer Code (고속증식로 사고분석 코드의 개발)

  • Hee Cheon No
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • v.16 no.2
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    • pp.47-57
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    • 1984
  • Mathematically-rigorous time-volume averaged conservation equations were simplified to established the differential equations of THERMIT-6S, which is a two-fluid 3-D code. The difference equations of THERMIT-6S were obtained by discretizing the proceeding set of differential equations. The spatial discretization is characterized by a first-order spatial scheme, donor cell method, and staggered mesh layout. For time discretization, a first order semi-implicit scheme treats implictly sonic terms and terms relating to local transport phenomena and explicitly convective terms. The results were linearized by the Newton-Raphson method. In order to construct the reduced pressure equation, the linearized equations were manipulated so that all variables are coupled between mesh cells through only the pressure variable. By simulating numerically the OPERA-15 experiment, it was found that THERMIT-6S is a very powerful code in predicting reactor behavior after sodium boiling including flow coastdown, reversal flow and flow oscillation.

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