• Title/Summary/Keyword: 지배 방정식

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Computational Turbulent Models (난류유동의 계산모형)

  • 정명균
    • Journal of the KSME
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    • v.34 no.9
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    • pp.688-697
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    • 1994
  • 유체유동이나 열전달 그리고 물질전달 (물질의 혼합 및 확산) 또는 이들 현상이 복합적으로 나 타나는 각종 기계의 설계와 성능 해석을 하기 위해서는 그 현상을 지배하는 편미분 방정식들의 해를 수치적으로 구해야 한다. 유동 상태가 충류 유동인 경우는 지배 방정식의 수가 알고자 하는 미지변수 즉 속도, 압력, 온도, 농도 등의 개수와 같고 또한 이들 변수들의 변동이 그리 심하지 않기 때문에 적절한 수치 해법을 사용하면 그 해를 구할 수 있다. 그러나 난류유동의 경우에는 변수들이 시간상으로 또한 공간적으로 대단히 심하게 변동(fluctuation)하기 때문에 공 학적으로 우리가 원하는 정보들, 즉, 표면 마찰저항이나 양력, 얼전달 계수, 물질 확산계수 등을 현재 수준의 전자계산기로 계산하는 데는 계산시간이 엄청나게 소요될 뿐만 아니라 변수 저장 메모리도 과도하게 차지하기 때문에 실제적인 계산 방법이 되지 못하고 있다. 이러한 이유로 변수들의 순간 변화 상태를 나타내는 지배 방정식들을 해석하는 대신에 이들 지배 방정식의 시 간평균을 취하여 유도한 난류 방정식들을 사용하게 된다. 그러나 이 시간 평균 과정에서 파생 되는 또 다른 미지의 난류 변수들 때문에 난류 지배 방정식에 있어서는 그 지배 방정식의 개수 보다 미지 변수의 개수가 많아져서 난류 지배 방정식을 풀기 위해서는 시간평균 과정에서 나타난 난류 변수들을 원래 있던 미지 변수들의 함수나 방정식의 형태로 가정할 필요가 있게 되는데 이 가정되는 함수 관계들을 난류 계산 모형이라고 한다. 난류 계산 모형은 물리적인 통찰과 직관에 의해서 실용적인 형태로 가정되기도 하지만 최근에는 논리적으로 엄격한 모형 원칙에 따른 수 학적인 방법으로 유도되고 있는데 이 글에서는 일반 독자들이 쉽게 이해할 수 있도록 마하수가 낮은 2차원 비압축성 난류 유동을 예로 들어 x-y 직교 좌표계에서 표현되는 난류 계산 모형들을 소개하고 앞으로듸 발전 방향을 개관하며 현재의 응용 사례들을 예로 들어 모형의 성능을 비교 하여 보기로 한다.

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Computational Analysis of 2-Dimensional Laplace Equation Using Finite Volume Method (유한체적법을 이용한 2차원 라플라스방정식의 수치해석)

  • Ahn, Heui-Sub;Shin, Yang-Sob;Lee, Seog-Won;Lee, Han-Shin;Kim, Young-Geun;Seo, Jung-Min
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • pp.284-287
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    • 2001
  • 유한체적법(Finite Volume Method)은 기계공학분야에서 열, 유체현상을 수치해석하는 방법으로 널리 쓰이고 있다. 열전달(Heat Transfer)문제의 지배방정식은 에너지방정식(Energy equation)으로써 그 중 순수 전도문제의 경우 지배방정식은 라플라스(Laplace)방정식의 형태를 띄고 있다. 전계해석의 지배방정식 역시 라플라스 방정식의 형태이다. 수학적으로 동일한 지배방정식을 갖는 다는 것은 물리적으로 같은 현상을 나타내고 있다는 것을 의미하며 이러한 점에 착안을 하여 본 논문에서는 유한체적법을 사용하여 2차원 모델에 대한 전계해석을 수행하였다.

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Analytic Error Caused by the Inconsistency of the Approximation Order between the Non Local Boundary Condition and the Parabolic Governing Equation (포물선 지배 방정식과 비국소적 경계조건의 근사 차수 불일치에 의한 해석적 오차)

  • Lee Keun-Hwa;Seong Woo-Jae
    • The Journal of the Acoustical Society of Korea
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    • v.25 no.5
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    • pp.229-238
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    • 2006
  • This paper shows the analytic error caused by the inconsistency of the approximation order between the non local boundary condition (NLBC) and the parabolic governing equation. To obtain the analytic error, we first transform the NLBC to the half space domain using plane wave analysis. Then, the analytic error is derived on the boundary between the true numerical domain and the half space domain equivalent to the NLBC. The derived analytic error is physically expressed as the artificial reflection. We examine the characteristic of the analytic error for the grazing angle, the approximation order of the PE or the NLBC. Our main contribution is to present the analytic method of error estimation and the application limit for the high order parabolic equation and the NLBC.

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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A Comparative Study between Steady and Unsteady Solutions of NACA0012 Airfoil flow (NACA0012 에어포일 주위 유동의 정상해와 비정상해 비교 연구)

  • Chu, Yeon-Bok;Jang, Gyeong-Sik
    • Proceeding of EDISON Challenge
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    • pp.121-124
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    • 2012
  • 비정상 유동 해석을 수행하는데 있어서 비정상 Navier-Stokes 방정식을 적용한 결과와 정상 N-S 지배 방정식을 적용한 결과의 차이를 비교하려한다. 적용하고자 하는 비정상 유동은 대칭형 에어포일 NACA0012 에어포일 주위 유동으로 정하였으며, 이 때 에어포일 시위(chord) 길이와 자유류(free stream) 속도 기준으로 Re=100,000에 해당한다. 계산결과 비정상 지배 방정식을 적용한 경우 비정상 유동박리(flow separation)를 모사 할 수 있었으며, 평균 양력계수($C_L$)와 항력계수($C_D$)는 실험치와 비교적 잘 일치하였다. 하지만 정상 N-S 방정식을 적용했을 경우 비정상 유동을 모사하기 어려웠으며 평균양력, 항력계수도 실험치와 차이를 보였다. 이러한 결과는 비정상 유동 해석시 시간에 따라 변화하는 유동의 특성을 고려해 비정상 N-S 지배 방정식을 적용해야한다는 사실을 보이고 있다.

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True Capstan Equation for Fibers and Yarns (섬유와 실에 대한 일반적인 Capstan Equation)

  • 정재호;강태진
    • Proceedings of the Korean Fiber Society Conference
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    • pp.103-106
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    • 2003
  • 원형의 물체에 접해 있는 섬유 또는 실의 장력에 관하여 기존의 capstan equation의 잘못된 점을 보완하는 일반적인 capstan Equation을 유도하였다. 해석은 주로 섬유-물체의 접촉부위에 초점을 맞추었다. 그 결과 유도된 지배방정식은 2차 상미분 방정식의 형태를 갖는다. 지배방정식의 해를 구한 뒤, 접촉영역 전체에 작용하는 힘의 평형조건을 이용하여 입력 장력(incoming tension)과 출력 장력(outgoing tension)간의 관계식을 얻을 수 있었으며 우리는 이것을 True capstan equation이라 명하였다. (중략)

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Unsteady Flow in a Roof Drain (지붕 배수의 부정류)

  • 황창호;윤태훈
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.163-172
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    • 1989
  • 강우로 인한 급경사면의 흐름 해석은 지배방정식인 연속방정식과 운동량 방정식에 의해 수치적으로 해석된다. 이에대한 해석 방법에는 수문학적인 방법과 수리학적인 방법이 있는데, 본 연구에서는 세인트 베난트 방정식을 초기 및 경계조건에 맞게 푸는 수리학적인 방법을 이용하였고, 일반적인 완경사면에서 그 영향이 작아 무시되었던 경사의 영향을 고려한다. 수치해석 과정은 지배방정식에 무차원 매개변수를 도입하여 6점 음해법을 이용하여 해석하였다. 수치실험은 마닝(Manning)의 조도계수 n을 변화시키면서, 각각 검사에서 강우에 의한 평형상태에 도달한 이후의 수심과 유량, kinematic flow 수, 후르드 수, 평형상태 도달시간등 변수 상호간의 관계를 고찰하였다.

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차분법에 의한 복합 박판에서의 비선형 응력 해석

  • 현혜정;김치경
    • Proceedings of the Korean Institute of Industrial Safety Conference
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    • pp.429-434
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    • 2000
  • 본 연구에서는 등분포하중을 받는 laminated 박판의 거동해석을 제시하였다. 접착한 두 박판의 비선형 지배방정식을 Von Karman 식을 이용하여 유도하고 박판의 거동을 차분법을 이용하여 수치해석 한다. Interlayer에서의 전단변형을 고려하여 지배방정식에 포함시켜 하중 증분법(load incremental method)으로 기하학 비선형 해석을 수행한다. 하중 증분법에 따른 반복법을 도입하여 비선형 방정식을 해석했다. 해석방법의 타당성을 입증하기 위하여 해석결과들을 기존의 문헌의 결과와 비교, 검토함으로써 본 논문에서 제시한 이론 및 해석방법의 타당성을 입증한다. 차분법의 하중 증분법 알고리즘을 개발하여 예제문제에 대한 수치해석 결과들을 논하였다.(중략)

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새만금방조제에서 해수-담수 경계면 예측

  • 박유철;김강주
    • Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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    • pp.532-535
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    • 2003
  • 새만금 방조제를 통하여 새만금호로 유입되는 해수 침출수량과 새만금 방조제 내부에서의 해수와 담수 사이의 상호작용 등에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에는, 밀도 차이에 의한 흐름을 고려한 지하수 흐름 지배 방정식과 염류의 분산 및 이송 지배 방정식을 결합시킨 수치해석 모델이 이용되었다. 밀도류를 고려한 경우에는 밀도류를 고려하지 않았을 경우보다 해수 침출량은 다르지 않았으나, 해수 침출면의 길이가 축소되고 유속이 증가하였다. 부정류상태의 해수-담수 경계면은 정류 상태의 결과와 매우 달랐으며, 해수 침출면이 방조제의 하부가 아닌 상부에 존재함을 보였다.

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Analytical Investigation on Elastic Behaviors of Isotropic Annular Sector Plates Subjected to Uniform Loading (등분포하중을 받는 등방성 환형 섹터판의 탄성 거동에 대한 해석적 연구)

  • Kim, Kyung-Sik
    • Journal of Korean Society of Steel Construction
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    • v.22 no.3
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    • pp.241-251
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    • 2010
  • This paper presents the development of a new analytical solution to the governing differential equation for isotropic annular sector plates subjected to uniform loading in a three-dimensional polar coordinate system. The 4th order governing partial differential equation (PDE) was converted to an ordinary differential equation (ODE) by assuming the Levy-type series solution form and the subsequent mathematical operations. Finally, a series-type solution was assembled with homogeneous and nonhomogeneous solution parts after operating real values and complex conjugates derived from the characteristic equation. To demonstrate the convergence rate and the accuracy of the featured method, several examples with various sector angles were selected and solved. The deflections and internal moments in the example annular sector plates that were obtained from the proposed solution were compared with those obtained from other analytical studies and numerical analyses using the finite element analysis package program, ABAQUS. Very good agreement with the results of other analytical and numerical methodologies was shown.