KR102088514B1 - 유동 내 기포 형상 감지 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 장치는, 복수의 격자셀로 격자화된 유체 내 기포의 유동해석 데이터를 획득하여, 상기 복수의 격자셀의 각각의 중심 노드의 좌표에 상기 각각의 격자셀의 기포 분율값을 대응시키는 데이터 처리부, 대응하는 기포 분율값이 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 기포 영역으로 판정하고, 그 격자셀과 인접하면서, 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀이 있는 경우 이를 상기 기포 영역에 추가하는 기포 영역 판정부 및 상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 미소 길이를 이용하여 상기 기포 영역의 크기에 관한 정보를 산출하는 산출부를 포함한다.

Description

유동 내 기포 형상 감지 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING SHAPE OF BUBBLES IN LIQUID-GAS MIXED FLOW}

본 발명은 유동 내 기포 형상 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 액체와 기체가 혼재된 유동 내에 존재하는 기포의 형상에 관한 정보를 더 정밀하게 감지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

액체와 기체가 혼재된 유동 내에서 나타나는 공동 현상은 잠수함 및 어뢰의 추진을 일으키는 프로펠러의 회전속도가 증가할수록 발생률이 높아지며, 공동 현상이 발생하는 경우 적에게 피탐 당할 확률 또한 증가한다. 반대로 어뢰의 경우 저항력을 감소시키기 위해 초공동 현상을 인위적으로 발생시키기도 한다. 이 현상들은 액체 내부에 다량의 기포가 혼재된 이상 유동으로 볼 수 있으며, 이를 정밀하게 분석하기 위해서는 발생하는 기포의 형태, 크기 등에 대한 정확한 정보가 필요하다.

최근 디지털화된 유동장에서 기포의 형상정보를 알아내기 위해 이미지 프로세싱 기법이 활용되고 있으나, 종래의 기법들은 2차원 단면에서의 기포의 면적 및 둘레에 대한 정보만을 제공하고 있으며 경계면에서의 계단 현상에 의해 정확한 경계면 정보를 구현할 수 없다.

한국등록공보, 제 10-0986607 호 (2010.10.04. 공개)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 종래 기술보다 정밀하게 유동 내 기포의 2차원 및 3차원 형상 정보를 감지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 유동 내 기포의 경계면에서의 계단 현상을 완화하여 더 정확한 기포의 경계면 형상을 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 장치는, 복수의 격자셀로 격자화된 유체 내 기포의 유동해석 데이터를 획득하여, 상기 복수의 격자셀의 각각의 중심 노드의 좌표에 상기 각각의 격자셀의 기포 분율값을 대응시키는 데이터 처리부, 대응하는 기포 분율값이 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 기포 영역으로 판정하고, 그 격자셀과 인접하면서, 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀이 있는 경우 이를 상기 기포 영역에 추가하는 기포 영역 판정부, 및 상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 미소 길이를 이용하여 상기 기포 영역의 크기에 관한 정보를 산출하는 산출부를 포함한다.

또한, 상기 기포 영역에 속하는 격자셀과 인접하는 격자셀의 중심 노드 중 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치 이하인 중심 노드와 상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 중심 노드가 이루는 사분 영역을 경계 영역으로 판정하고, 상기 경계 영역을 상기 유동해석 데이터의 해상도보다 더 높은 해상도의 격자셀로 세분하고 상기 세분화된 격자셀의 중심 노드의 좌표 및 대응하는 기포 분율값을 보간하는 보간부를 더 포함하고, 상기 기포 영역 판정부는 상기 경계 영역의 세분화된 격자셀에 대해서도 상기 기포 영역에 속하는 것들을 판정한다.

또한 상기 보간부는 어댑티브 메쉬(adaptive mesh) 기법을 사용하여 상기 경계 영역을 상기 더 높은 해상도의 격자셀로 세분한다.

또한, 상기 소정의 임계치 및 상기 더 높은 해상도를 사용자로부터 입력받는 입력부를 더 포함한다.

또한, 상기 기포 영역 판정부는 2차원에서 상기 기포 영역을 판정하는 경우,유동의 진행 방향과 수직인 평면에서 상기 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 상기 기포 영역으로 판정하고, 3차원에서 상기 기포 영역을 산출하는 경우, 3차원 전체 영역에서 상기 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 상기 기포 영역으로 판정한다.

또한, 상기 크기에 관한 정보는 상기 기포 영역의 둘레 길이, 표면적 및 부피 중 적어도 하나를 포함한다.

또한, 상기 기포 영역의 크기에 관한 정보를 기초로 상기 기포 영역에 대한 통계 정보를 제공하는 통계 처리부를 더 포함한다.

일 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 방법은, 복수의 격자셀로 격자화된 유체 내 기포의 유동해석 데이터를 획득하는 단계, 상기 복수의 격자셀의 각각의 중심 노드의 좌표에 상기 각각의 격자셀의 기포 분율값을 대응시키는 단계, 대응하는 기포 분율값이 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 기포 영역으로 판정하고, 그 격자셀과 인접하면서, 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀이 있는 경우 이를 상기 기포 영역에 추가하는 단계 및 상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 미소 길이를 이용하여 상기 기포 영역의 크기에 관한 정보를 산출하는 단계를 포함한다.

또한 상기 기포 영역에 속하는 격자셀과 인접하는 격자셀의 중심 노드 중 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치 이하인 중심 노드와 상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 중심 노드가 이루는 사분 영역을 경계 영역으로 판정하는 단계 및 상기 경계 영역을 상기 유동해석 데이터의 해상도보다 더 높은 해상도의 격자셀로 세분하고 상기 세분화된 격자셀의 중심 노드의 좌표 및 대응하는 기포 분율값을 보간하는 단계를 더 포함하고, 상기 기포 영역 판정 단계는 상기 경계 영역의 세분화된 격자셀에 대해서도 상기 기포 영역에 속하는 것들을 판정하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에 따른 컴퓨터 판독가능 기록매체는 복수의 격자셀로 격자화된 유체 내 기포의 유동해석 데이터를 획득하는 단계, 상기 복수의 격자셀의 각각의 중심 노드의 좌표에 상기 각각의 격자셀의 기포 분율값을 대응시키는 단계, 대응하는 기포 분율값이 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 기포 영역으로 판정하고, 그 격자셀과 인접하면서, 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀이 있는 경우 이를 상기 기포 영역에 추가하는 단계 및 상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 미소 길이를 이용하여 상기 기포 영역의 크기에 관한 정보를 산출하는 단계를 포함하는 유동 내 기포 형상 감지 방법을 프로세서가 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 프로그램이 기록된다

일 실시예에 따르면 종래 기술보다 정밀한 유동 내 기포의 2차원 및 3차원 형상 정보를 감지할 수 있다.

또한, 유동 내 기포의 경계면에서의 계단 현상을 완화하여 기포의 경계면의 형상을 더 정밀하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 장치를 도시한 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 방법 수행시 기포의 경계 영역을 판정하고 경계 영역의 데이터를 보간하는 과정을 개념적으로 도시한 것이다.
도 4는 유동의 진행 방향에 수직인 면에서 기포가 차지하고 있는 실제 영역을 도시한 그래프이다.
도 5는 도 4에 도시된 바와 같은 유동 내 기포의 경계 영역에 대하여 보간을 수행하지 않은 경우 감지된 기포의 영역을 도시한 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시된 바와 같은 유동 내 기포의 경계 영역에 대하여 보간을 수행한 경우 감지된 기포의 영역을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 방법 중 기포의 경계 영역에 대하여 보간을 수행하지 않은 경우와 보간을 수행한 경우 각 기포의 면적의 차이를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 방법 중 기포의 경계 영역에 대하여 보간을 수행하지 않은 경우와 보간을 수행한 경우 각 기포의 둘레의 차이를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 방법을 수행하는 프로그램 실행 결과 기포의 분포를 3차원으로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 방법에 따라 산출된 각 기포의 부피를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 방법에 따라 산출된 각 기포의 표면적을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 12는 z축 방향과 수직인 평면에 대한 기포 분율 값을 z축 방향 높이에 따라 그래프로 도시한 도면이다.
도 13은 z축 방향을 따라 각 높이에 존재하는 기포의 개수를 그래프로 도시한 도면이다.
도 14는 각 부피에 해당하는 기포의 개수를 그래프로 도시한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 장치를 도시한 기능 블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 장치(100)는 유동 내에 존재하는 각 기포의 영역을 감지하고 각 기포별로 경계면 부분의 해상도를 늘리고 보간하여 더욱 명확한 기포의 경계 형상 정보를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 장치(100)는 복수의 격자셀로 격자화된 유체 내 기포의 유동해석 데이터에 대한 기본 정보와 기포의 경계 영역에 보간을 수행할지 여부 및 보간을 수행하는 경우 경계 영역의 해상도(정밀도)를 사용자로부터 입력받는 입력부(110), 유동해석 데이터를 획득하여 유동 내 기포 형상 감지 장치(100)가 처리할 수 있는 형태로 데이터를 처리하는 데이터 처리부(120), 유동해석 데이터 중 기포 영역에 속하는 격자셀을 판정하는 기포 영역 판정부(130), 기포와 유체의 경계 영역을 판정하고 입력부(110)를 통해 입력된 해상도로 경계 영역을 더 작은 격자셀로 세분하고 세분화된 격자셀의 데이터를 보간하는 보간부(140), 기포 영역의 부피, 표면적, 둘레 길이 등을 산출하는 산출부(150) 및 산출부(150)에 의해 산출된 정보를 가공하여 각종 통계 정보를 제공하는 통계 처리부(160)를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 장치(100) 및 이 장치에 의해 수행되는 방법을 도 1 내지 도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

유동 내 기포 형상 감지 장치(100)의 입력부(110)는 사용자로 하여금 유동해석 데이터를 분석하기 위한 기본적인 설정을 할 수 있게 하는 부분으로, 사용자는 입력부(110)를 통해 유동해석 데이터의 파일명, 파일순서(또는 파일간격,타임스텝) 및 x-y-z 방향 도메인의 크기를 지정하고, 기포와 유체의 경계를 구분하기 위한 기준 값인 격자셀의 기포 분율의 임계치를 지정하고, 기포의 경계 영역을 감지하고 보간을 수행할지 여부 및 보간을 수행할 경우 경계 영역을 얼마의 정밀도(해상도)로 격자를 세분할지 등을 입력할 수 있다(S205). 여기서 입력된 보간 정밀도(해상도) 값 n에 따라, 탐지된 기포의 경계 영역을 2차원의 경우 (n x n) 격자로, 3차원의 경우 (n x n x n) 격자로 세분하여 각 격자셀의 데이터를 보간하게 된다(S230).

본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 장치(100)에 의해 사용되는 유동해석 데이터는 상용 유동해석 소프트웨어를 사용하여 만들 수 있다. 그런데 가령 VOF(Volume of Fluid) 모델을 사용하여 만든 데이터를 사용하는 경우 각 격자셀의 기포 분율값은 '0', '1' 과 같은 이진 값이 아니라 '0'과 '1' 사이의 연속적인 값을 갖는 경우가 많으므로, 소정의 임계치를 기준으로 임계치보다 큰 기포 분율값을 갖는 격자셀은 해당 격자셀 전체가 기포 영역이라고 가정하고 임계치 이하의 기포 분율값을 갖는 격자셀은 해당 격자셀 전체가 기포 영역이 아닌 유체에 속한다고 가정할 수 있다. 이 경우 사용자는 입력부(110)를 통해 그 임계치를 입력할 수 있다.

데이터 처리부(120)는 유동해석 데이터에서 x-y-z 방향의 도메인에 대하여 복수의 격자셀의 차분화된 격자 좌표를 읽어 들이고 인덱싱한다. 일 실시예로, 각 격자셀의 중심 노드의 x-y-z 좌표 값을 획득하여, x,y,z 각각의 방향으로 오름차순으로 정렬하고 중복되는 값을 제거한 후, 순서대로 번호를 부여하여 인덱싱하는 작업을 수행하고, x, y, z 각 방향의 인덱스별로 미소 길이를 계산하여 저장한다(S210). 또한 데이터 처리부(120)는 복수의 격자셀의 중심 노드의 좌표값을 통해 도메인 크기를 산출하고, 산출된 도메인 크기가 사용자가 입력부(110)를 통해 설정한 도메인 크기와 다를 경우 오류라고 판정할 수 있다.

또한 데이터 처리부(120)는 유동해석 데이터에서 획득한 각 격자셀의 기포 분율값을 해당 격자셀의 중심 노드의 좌표값에 대응시켜 인덱싱한다(S210). 이 과정은 유동해석 데이터 파일을 읽어 들일 때마다 반복하게 된다.

기포 영역 판정부(130)는 대응하는 기포 분율값이 입력부(110)를 통해 입력된 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀과, 그 격자셀과 인접하면서, 대응하는 기포 분율값이 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀로 이루어진 영역을 기포 영역으로 판정한다(S215).

예를 들어, 기포 영역을 2차원에서 판정하는 경우, 유동의 진행 방향(z)과 수직인 평면(x, y)에서 임계치를 넘어서는 기포 분율값을 갖는 격자셀을 찾고, 기포 영역을 3차원에서 판정하는 경우 동일한 방법으로 전체 도메인에서 임계치를 넘어서는 기포 분율값을 갖는 격자셀을 찾는다. 만약 2차원 계산에서 임계치보다 큰 기포 분율값을 갖는 격자셀이 발견되는 경우, 이를 기준 격자셀로 하여 인접한 여덟 방향, 즉 상, 하, 좌, 우 및 대각선 네 방향의 격자셀에 대하여 해당 격자셀의 기포 분율값이 임계치보다 큰지 여부를 판정하고, 임계치보다 큰 기포 분율값을 갖는 인접 격자셀은 기준 격자셀과 함께 기포 영역에 속하는 것으로 판정한다.

이와 같은 작업은 기포 영역에 속하는 것으로 판정된 인접 격자셀을 중심으로 동일하게 반복되고 더 이상 기포 영역에 속하는 것으로 판정되는 인접 격자셀이 존재하지 않는 경우 이 단계는 멈추게 된다. 이와 같은 기포 영역 판정에 플러드필(flood-fill) 알고리즘을 사용할 수 있고, 각 기포의 구분을 위해 플러드필 알고리즘이 진행되는 동안 기포와 기포 사이에는 구분을 위한 특정 값을 채워 넣고 인덱싱할 수 있다. 플러드필이 진행되는 동안 산출부(150)는 기포의 면적을 계산하기 위해 데이터 처리부(120)가 저장한 미소 길이를 이용하여 각 격자셀별 미소 면적을 계산하고, 기포 영역에 속하는 것으로 판정된 격자셀들의 큐(queue)가 종료될 때까지 미소 면적들의 합을 통해 전체 기포 면적을 계산한다. 만약 상, 하, 좌, 우 중 특정 방향으로 기포 영역으로 판정된 격자셀이 큐에 추가되지 않는 경우, 해당 부분을 경계면으로 인식하고 격자셀이 추가되지 않는 방향과 수직이 되는 미소 길이의 합을 통하여 둘레 길이를 계산하게 된다. 면적과 둘레 정보는 기포별 인덱스 값을 부여 받는다. 큐가 종료되고 다시 기포를 탐색하여 새로운 플러드필이 시작되면 앞서 구별한 기포와 다른 기포임을 인식하고 인덱싱함과 동시에 위 과정을 반복하게 된다.

3차원 공간인 경우, 2차원 플러드필에서 발전시켜 8방향이 아닌 26방향(기존 2차원 8방향 + 위로 9방향 + 아래로 9방향) 플러드필을 수행하게 된다. 큐가 진행되는 동안 미소 부피의 합을 통해 부피를 계산하게 되며, 기포의 경계면의 표면적의 경우 6방향(전, 후, 좌, 우, 상, 하) 중 특정 방향으로 기포 영역으로 판정된 격자셀이 추가되지 않으면 해당 부분을 경계면으로 인식하고 미소 면적의 합을 통해 경계면의 표면적을 산출한다.

도 4에 도시된 실제 기포(①②③④⑤)에 대하여 위와 같은 기포 영역 판정 단계(S215)가 수행된 경우 도 5와 같이 각 기포 영역이 감지될 수 있다. 다만 도 5에 도시된 것은 각 기포의 경계 영역에 대한 보간이 수행되지 않은 경우로, 보간부(140)가 기포의 경계 영역을 판정하고(S225) 경계 영역의 데이터를 보간하면(S230) 도 6과 같이 실제 기포에 더 유사한 기포 영역을 감지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 방법 수행시 기포의 경계 영역을 판정하고 경계 영역의 데이터를 보간하는 과정을 개념적으로 도시한 것이다.

이미 설명한 바와 같이 유동 내 기포 형상 감지 장치(100)의 기포 영역 판정부(130)는 실제 기포(330)에 대하여 유동해석 데이터에서 읽어 들인 격자셀(310)의 중심 노드(320)에 대응하는 기포 분율값이 임계치보다 큰 격자셀들을 기포 영역(340)으로 판정한다(S215). 이후 보간을 수행하는 경우(S220의 '예') 유동 내 기포 형상 감지 장치(100)의 보간부(140)는 기포의 경계 영역을 판정하고(S225), 소정의 해상도로 경계 영역의 격자셀(350, 350a, 350b, 350c)을 세분하여 세분화된 격자셀에 대한 데이터를 보간하고(S230), 세분화된 격자셀에 대하여 플러드필 알고리즘을 사용하여 기포 영역을 판정함으로써 실제 기포의 형상에 더 근사한 경계면(360)을 획득한다.

보간부(140)가 보간을 수행할 기포의 경계 영역을 판정하는 과정을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의를 위해 2차원 계산을 상정한다. 보간부(140)는 기포 영역에 속하는 격자셀(중심 노드 320a를 갖는 격자셀)과 인접하는 격자셀의 중심 노드 중 대응하는 기포 분율값이 임계치 이하인 중심 노드(320b, 320c, 320d)와 기포 영역에 속하는 격자셀의 중심 노드(320a)가 이루는 사분면(350b)을 보간을 수행할 경계 영역으로 판정한다. 도 3의 경계 영역(350b)은 기포 영역에 속하는 격자셀의 중심 노드(320a)를 기준으로 우측, 우상측, 상측으로 인접하는 중심 노드(320b, 320c, 320c)의 기포 분율값이 임계치 이하이므로 이들 네 중심 노드를 꼭지점으로 하는 제 1 사분면을 보간 대상인 경계 영역(350b)으로 인식한다. 3차원 공간인 경우 1~8사분면을 대상으로 같은 과정을 거친다.

보간부(140)는 경계 영역(350)의 격자셀을 예를 들어 adaptive mesh 기법에 착안하여 입력부(110)를 통해 사용자가 입력한 보간 정밀도에 따라 세분화하고, 세분화된 격자셀에 대하여 데이터를 보간한다.

보간 방법은 경계 영역으로 인식된 사분 영역의 꼭지점(2차원은 2x2개, 3차원은 2x2x2개)의 데이터를 기준으로 쌍선 혹은 삼선보간을 하거나, 인접 노드 데이터를 추가로 이용하면 스플라인 보간을 비롯한 추가적인 보간법을 적용할 수 있다.

산출부(150)는 보간된 경계 영역에 대해서도 기포 영역에 속하는 부분의 둘레, 표면적, 부피 등을 계산하게 된다.

마지막 유동해석 데이터에 대한 분석이 완료되면(S245의 '예'), 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 장치(100)는 산출부(150)에 의해 계산된 기포 영역의 부피, 표면적, 둘레 길이 등의 정보를 통계 처리부(160)에 의해 가공하여 각종 통계 데이터를 제공할 수 있다(S250). 통계 처리부(160)는 통계 데이터를 가시화하여 도 7 내지 도 14와 같은 그래프로 제공할 수 있다.

예를 들어 2차원 데이터 통계 처리의 경우, 도 5(보간을 수행하지 않고 감지된 기포 영역)및 도 6(보간을 수행하여 감지된 기포 영역)에 나타난 5개의 기포 영역에 대하여, 도 7과 같이 각 기포의 면적을 비교하여 나타내거나, 도 8과 같이 각 기포의 둘레 길이를 비교하여 나타낼 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유동 내 기포 형상 감지 방법을 수행하는 프로그램 실행 결과 유체 내 기포의 분포를 3차원으로 나타낸 것으로, 도시된 기포 각각에 대하여 도 10 및 도 11과 같은 통계 정보를 제공할 수 있다. 도 10은 유동 내 기포 형상 감지 방법에 따라 산출된 각 기포의 부피를 그래프로 나타낸 것으로 x축은 기포의 일련 번호를 y축은 각 기포의 부피를 나타낸다. 도 11은 유동 내 기포 형상 감지 방법에 따라 산출된 각 기포의 표면적을 그래프로 나타낸 것으로, x축은 기포의 일력 번호를 y축은 각 기포의 표면적을 나타낸다.

도 12는 z축 방향과 수직인 평면에 대한 기포 분율 값을 z축 방향 높이에 따라 그래프로 도시한 도면이다. 전체 도메인 영역의 넓이 대비 기포 영역이 차지하는 비율을 기포 분율(air volume fraction)이라 정의하는데, 도 12는 전체 도메인 영역 대비 총 기포 영역의 비인 총 기포 분율과, 총 기포 분율을 z축의 해당 높이에서의 독립된 기포 영역의 개수로 나눈 단위 기포당 평균 기포 분율을 도시하고 있다.

한편 도 13은 z축 방향을 따라 각 높이에 존재하는 기포의 개수를 그래프로 도시한 도면이고, 도 14는 각 부피에 해당하는 기포의 개수를 그래프로 도시한 것이다. 예를 들어, 도 14의 첫번째 막대는 3차원 전 영역에서 0~1.1cm³의 사이에 해당하는 부피를 가지는 기포의 총 개수는 약 800개임을 나타낸다.

이외에도 통계 처리부(160)는 해당 면적의 기포 개수에 대하여 각 기포의 공기분율 기여도, 평균값, 표준편차 값을 계산할 수 있으며, 인덱싱된 기포의 둘레, 표면적, 부피를 구역별로 분류해 값-개수의 히스토그램으로 표현이 가능하다. 해당 히스토그램 데이터와 기포 분율 정보 값은 각 타임스텝에 대한 변수로 저장된다. 또한, 통계 처리부(160)는 시간별 유동 특성을 알아내기 위한 자료를 생산하거나, 전체 시간에 대한 평균을 함으로써 평균적인 유동 특성을 알아내는 데 도움이 되는 자료를 생산할 수 있다.

100: 유동 내 기포 형상 감지 장치
110: 입력부
120: 데이터 처리부
130: 기포 영역 판정부
140: 보간부
150: 산출부
160: 통계 처리부

Claims (10)

1. 복수의 격자셀로 격자화된 유체 내 기포의 유동해석 데이터를 획득하여, 상기 복수의 격자셀의 각각의 중심 노드의 좌표에 상기 각각의 격자셀의 기포 분율값을 대응시키는 데이터 처리부;
   대응하는 기포 분율값이 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 기포 영역으로 판정하고, 그 격자셀과 인접하면서, 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀이 있는 경우 이를 상기 기포 영역에 추가하는 기포 영역 판정부; 및
   상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 미소 길이를 이용하여 상기 기포 영역의 크기에 관한 정보를 산출하는 산출부를 포함하며,
   상기 기포 영역 판정부는
   2차원에서 상기 기포 영역을 판정하는 경우, 유동의 진행 방향과 수직인 평면에서 상기 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 상기 기포 영역으로 판정하고, 3차원에서 상기 기포 영역을 산출하는 경우, 3차원 전체 영역에서 상기 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 상기 기포 영역으로 판정하는
   유동 내 기포 형상 감지 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기포 영역에 속하는 격자셀과 인접하는 격자셀의 중심 노드 중 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치 이하인 중심 노드와 상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 중심 노드가 이루는 사분 영역을 경계 영역으로 판정하고, 상기 경계 영역을 상기 유동해석 데이터의 해상도보다 더 높은 해상도의 격자셀로 세분하고 상기 세분화된 격자셀의 중심 노드의 좌표 및 대응하는 기포 분율값을 보간하는 보간부를 더 포함하고,
   상기 기포 영역 판정부는 상기 경계 영역의 세분화된 격자셀에 대해서도 상기 기포 영역에 속하는 것들을 판정하는
   유동 내 기포 형상 감지 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 보간부는 어댑티브 메쉬(adaptive mesh) 기법을 사용하여 상기 경계 영역을 상기 더 높은 해상도의 격자셀로 세분하는
   유동 내 기포 형상 감지 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 소정의 임계치 및 상기 더 높은 해상도를 사용자로부터 입력받는 입력부를 더 포함하는
   유동 내 기포 형상 감지 장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,상기 크기에 관한 정보는
   상기 기포 영역의 둘레 길이, 표면적 및 부피 중 적어도 하나를 포함하는
   유동 내 기포 형상 감지 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 기포 영역의 크기에 관한 정보를 기초로 상기 기포 영역에 대한 통계 정보를 제공하는 통계 처리부를 더 포함하는
   유동 내 기포 형상 감지 장치.
8. 복수의 격자셀로 격자화된 유체 내 기포의 유동해석 데이터를 획득하는 단계;
   상기 복수의 격자셀의 각각의 중심 노드의 좌표에 상기 각각의 격자셀의 기포 분율값을 대응시키는 단계;
   대응하는 기포 분율값이 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 기포 영역으로 판정하고, 그 격자셀과 인접하면서, 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀이 있는 경우 이를 상기 기포 영역에 추가하는 단계; 및
   상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 미소 길이를 이용하여 상기 기포 영역의 크기에 관한 정보를 산출하는 단계를 포함하며,
   상기 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 상기 격자셀을 상기 기포 영역으로 판정하는 것은,
   2차원에서 상기 기포 영역을 판정하는 경우, 유동의 진행 방향과 수직인 평면에서 상기 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 상기 기포 영역으로 판정하고, 3차원에서 상기 기포 영역을 산출하는 경우, 3차원 전체 영역에서 상기 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 상기 기포 영역으로 판정하는 것을 포함하는
   유동 내 기포 형상 감지 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 기포 영역에 속하는 격자셀과 인접하는 격자셀의 중심 노드 중 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치 이하인 중심 노드와 상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 중심 노드가 이루는 사분 영역을 경계 영역으로 판정하는 단계; 및
   상기 경계 영역을 상기 유동해석 데이터의 해상도보다 더 높은 해상도의 격자셀로 세분하고 상기 세분화된 격자셀의 중심 노드의 좌표 및 대응하는 기포 분율값을 보간하는 단계를 더 포함하고,
   상기 기포 영역 판정 단계는 상기 경계 영역의 세분화된 격자셀에 대해서도 상기 기포 영역에 속하는 것들을 판정하는 단계를 더 포함하는
   유동 내 기포 형상 감지 방법.
10. 복수의 격자셀로 격자화된 유체 내 기포의 유동해석 데이터를 획득하는 단계;
    상기 복수의 격자셀의 각각의 중심 노드의 좌표에 상기 각각의 격자셀의 기포 분율값을 대응시키는 단계;
    대응하는 기포 분율값이 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 기포 영역으로 판정하고, 그 격자셀과 인접하면서, 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀이 있는 경우 이를 상기 기포 영역에 추가하는 단계; 및
    상기 기포 영역에 속하는 격자셀의 미소 길이를 이용하여 상기 기포 영역의 크기에 관한 정보를 산출하는 단계를 포함하며,
    상기 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 상기 격자셀을 상기 기포 영역으로 판정하는 것은,
    2차원에서 상기 기포 영역을 판정하는 경우, 유동의 진행 방향과 수직인 평면에서 상기 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 상기 기포 영역으로 판정하고, 3차원에서 상기 기포 영역을 산출하는 경우, 3차원 전체 영역에서 상기 대응하는 기포 분율값이 상기 소정의 임계치보다 큰 중심 노드를 갖는 격자셀을 상기 기포 영역으로 판정하는 것을 포함하는 유동 내 기포 형상 감지 방법을 프로세서가 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 프로그램이 기록된
    컴퓨터 판독가능 기록매체.

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