A Numerical Analysis on the solution of Poisson Equation by Direct Method

직접법을 이용한 Poisson 방정식 수치해법에 관하여

In the numerical analysis of incompressible unsteady Navier-stokes equation, large time is required for solving the pressure Poisson equation of the elliptic type at each time step. In this paper, a numerical analysis by the direct method is carried out to solve the pressure Poisson equation and the computing time is analyzed as mesh size increases. The pressure Poisson equation can be transformed to the boundary value problem by the Green theorem. The computing time for the convolution type of the domain integral can be reduced by using F.F.T. and the computing time in the direct method depends entirely on obtaining the solution of the boundary value problem. The numerical analysis on the known solutions is carried out and compared for the verification of the direct method. And the numerical analysis on the body boundary and domain decomposition problem are carried out with the computing time less than O($n^{3}$) in the (n.n) mesh.

비압축성 가정하에 Navier-Stokes 방정식을 이용하여 비정상 점성유동을 수치해석하기 위해서는 매시간 단계에서 타원형 압력 Poisson 방정식의 해를 구해야 하며, 이에 많은 계산시간이 소요된다. 본 논문에서는 직접법을 이용하여 압력 Poisson 방정식을 수치해석하였으며, 분할수 증가에 따른 소요시간 문제를 다루었다. Green 정리를 압력 Poisson 방정식에 적용하면 주어진 문제는 경계치문제로 변환되고, convolution 형의 영역적분은 F.F.T.를 이용하여 계산시간을 단축할 수 있어, 직접법 이용시 소요시간은 경계치문제의 해를 구하는 데에 좌우된다. 직접법의 검증을 위하여 해석해를 알고 있는 경우에 대하여 수치해석하였고, 물체경계조건과 정합문제에 관하여 수치해석 하였는데. 분할수가 (n.n) 시 O($n^{3}$) 미만의 계산시간으로 수치해석할 수 있었다.