한국전자통신학회논문지 (The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences)

한국전자통신학회 (Korea Institute of Electronic Communication Science)
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노즐과 터빈에 대한 분자동력학 시뮬레이션 설계 및 구현

Molecular Dynamics Simulation Design and Implementation for Nozzles and Turbines

  • 김수희 (호서대학교 컴퓨터정보공학부)
  • Kim, Su-Hee (Division of Computer and Information Engineering, Hoseo University)
  • 투고 : 2018.10.16
  • 심사 : 2019.02.15
  • 발행 : 2019.02.28
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초록

이 연구에서는 분자들이 노즐과 터빈내부에서 운동하는 거동을 모사하기 위해 분자동력학 시뮬레이션 시스템의 모델을 설계하고 개발하였다. Lennard-Jones Potential 모델을 이용하여 분자들간에 상호 작용을 계산하고, Verlet 알고리듬을 뉴턴의 운동 방정식을 적산하기 위한 수치해석 방법으로 사용하였다. Lennard-Jones Potential 함수를 계산하기 위해, 분자 개수 N에 대해 $O(N^2)$ 계산량을 cutoff $r_c$를 이용하여 O(N)으로 줄여서 계산하여 CPU 시간을 절약할 수 있도록 구현하였다.

In this research, a molecular dynamics system was designed and developed to calculate trajectories of molecules in nozzles and turbin blades. The Lennard-Jones potential model was used to approximate the interaction between a pair of molecules and the Verlet integration is used as a numerical method to integrate Newton's equations of motion. To compute Lennard-Jones potential functions, for the number of molecules N, the computation complexity $O(N^2)$ for interactions of all pairs of molecules is reduced to O(N) by using cutoff radius $r_c$. This was implemented to save CPU times.

키워드

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그림 1. 르나드 존스 포텐셜 에너지 함수 Fig. 1 Lennard-Jones Potential energy function

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그림 2. 셀 리스트 Fig. 2 Cell List

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그림 3. 경사진 벽과 분자의 충돌 Fig. 3 Collision between a Sloped Wall and a Molecule

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그림 4. 오토캐드로 설계한노즐과 터빈 Fig. 4 Nozzles & turbines designwith autocad

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그림 5. 단일 노즐과 단일 터빈 Fig. 5 A nozzle and a turbine blade

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그림 6. 자바 캔버스로 표현한 노즐과 터빈 Fig. 6 Nozzles & Turbines with JAVA Canvas

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그림 7. 노즐과 터빈의 일부 Fig. 7 Part of Nozzles & Turbines

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그림 8. 실행 초기 설정 Fig. 8 Initial setting for execution

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그림 9. 시뮬레이션 단면 1 Fig.9 Simulation Snapshot 1

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그림 10. 시뮬레이션 단면 2 Fig. 10 Simulation Snapshot 2

Table 1. Molecule dynamics simulation algorithm

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표 1. 시뮬레이션 시스템 사양 Table 1 Simulation system specification

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참고문헌

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