KR102430223B1 - A method for improving the resolution of simulation for chemical reaction system combined with hydrodynamics analysis - Google Patents

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KR102430223B1 KR1020200183150A KR20200183150A KR102430223B1 KR 102430223 B1 KR102430223 B1 KR 102430223B1 KR 1020200183150 A KR1020200183150 A KR 1020200183150A KR 20200183150 A KR20200183150 A KR 20200183150A KR 102430223 B1 KR102430223 B1 KR 102430223B1
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Abstract

유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법은, 전산 유체역학 모델을 준비하는 단계, 상기 전산 유체역학 모델을 차원 감소시키는 단계, 상기 전산 유체역학 모델에 화학 반응 모델을 추가하여 물리화학 모델을 구축하는 단계, 및 상기 물리화학 모델을 확대하여 해상도를 높이는 단계를 포함한다.A method for improving the resolution of simulation of a chemical reaction system combined with hydrodynamic analysis includes the steps of preparing a computational fluid dynamics model, reducing the dimension of the computational fluid dynamics model, and adding a chemical reaction model to the computational fluid dynamics model to obtain physics building a chemical model, and increasing the resolution by enlarging the physicochemical model.

Description

유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션의 해상도 향상 방법{A METHOD FOR IMPROVING THE RESOLUTION OF SIMULATION FOR CHEMICAL REACTION SYSTEM COMBINED WITH HYDRODYNAMICS ANALYSIS}A METHOD FOR IMPROVING THE RESOLUTION OF SIMULATION FOR CHEMICAL REACTION SYSTEM COMBINED WITH HYDRODYNAMICS ANALYSIS

본 발명은 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션의 해상도 향상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving the resolution of chemical reaction system simulation combined with hydrodynamic analysis.

유체역학 및 화학반응 시뮬레이션에 있어서 다양한 상용 시뮬레이터 및 프로그램 등이 제공되고 있다. 유체역학 시뮬레이터는 ANSYS, Fluent 등이 대표적이며, 물리적 시스템의 고해상도 및 감소 차수 모델을 생성 할 수 있다. 이러한 유체역학 시뮬레이터는 물리적 시스템의 구현에 집중하고 있어, 내부의 화학적 반응에 대해서는 무시하거나 간이화하는 방식으로 연산량을 감소시키는 것이 일반적이다.Various commercial simulators and programs are provided in fluid dynamics and chemical reaction simulations. ANSYS and Fluent are representative fluid mechanics simulators, and they can create high-resolution and reduced-order models of physical systems. Since such a fluid dynamics simulator is focused on the realization of a physical system, it is common to reduce the amount of computation by ignoring or simplifying the internal chemical reaction.

화학 반응 시스템 시뮬레이터는 ASPEN, HYSYS, gPROMS, ChemCAD 등 상용 프로그램이 대표적이다. 이러한 상용 프로그램은 화학 반응 시뮬레이션에 있어서는 우수한 성능을 가지고 있으나, 유체 역학 등 물리학적인 모델은 단순화하거나 간이화하는 방식으로 연산량을 감소시킨다. 기술 분야에 따라서는 물리나 화학 중 어느 하나의 엄밀성을 희생하는 것이 허용될 수 있으나, 복잡한 화학 및 생화학 공정에서는 높은 정밀도의 물리 시뮬레이션 및 화학 시뮬레이션이 동시에 필요할 수 있다. 예를 들어, 대규모의 바이오 플랜트, 케미컬 플랜트, 스마트 팩토리 등의 분야에서는 대량의 재료(material)를 대용량의 반응기(reactor)에서 반응시키므로 화학적, 생화학적 반응 뿐 아니라 재료들이 반응기 내부에서 거동하는 유체 역학 모델링 또한 중요하다. Commercial programs such as ASPEN, HYSYS, gPROMS, and ChemCAD are representative chemical reaction system simulators. These commercial programs have excellent performance in chemical reaction simulation, but reduce the amount of computation by simplifying or simplifying physics models such as fluid dynamics. Depending on the technical field, it may be acceptable to sacrifice the rigor of either physics or chemistry, but in complex chemical and biochemical processes, high-precision physics simulation and chemical simulation may be required at the same time. For example, in the fields of large-scale bio plants, chemical plants, smart factories, etc., a large amount of material is reacted in a large-capacity reactor, so not only chemical and biochemical reactions but also fluid dynamics in which materials behave inside the reactor Modeling is also important.

따라서, 물리적 모델링과 화학적 모델링 중 어느 모델링의 정확도를 희생시키지 않으면서도 빠른 연산이 가능한 효율적인 시뮬레이션 방법의 개발이 요구된다. Therefore, it is required to develop an efficient simulation method capable of performing fast calculations without sacrificing the accuracy of any modeling between physical modeling and chemical modeling.

미국 공개특허공보 2020-0363856 (2020.11.19)US Patent Publication No. 2020-0363856 (2020.11.19)

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션의 해상도 향상 방법을 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, the present invention is to provide a method for improving the resolution of chemical reaction system simulation combined with hydrodynamic analysis.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명에 따른 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션의 해상도 향상 방법은, 전산 유체역학 모델을 준비하는 단계;A method for improving the resolution of a chemical reaction system simulation combined with a fluid dynamics analysis according to the present invention comprises the steps of: preparing a computational fluid dynamics model;

상기 전산 유체역학 모델을 차원 감소시키는 단계;dimensionally reducing the computational fluid dynamics model;

상기 전산 유체역학 모델에 화학 반응 모델을 추가하여 물리화학 모델을 구축하는 단계; 및constructing a physicochemical model by adding a chemical reaction model to the computational fluid dynamics model; and

상기 물리화학 모델을 확대하여 해상도를 높이는 단계를 포함한다. and increasing the resolution by enlarging the physicochemical model.

상기 전산 유체역학 모델을 차원 감소시키는 단계는,The step of dimensionally reducing the computational fluid dynamics model comprises:

차원 감소된 전산 유체역학 모델과 차원 감소되지 않은 전산 유체역학 모델의 파라메터를 비교하는 단계; 및comparing parameters of the dimensionally reduced computational fluid dynamics model and the non-dimensionally reduced computational fluid dynamics model; and

파라메터 비교를 통한 타당성 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 차원 감소된 전산 유체역학 모델을 수정하는 단계;를 더 포함할 수 있다. The method may further include; if the validity condition through parameter comparison is not satisfied, correcting the dimensionally reduced computational fluid dynamics model.

상기 차원 감소된 전산 유체역학 모델을 수정하는 단계는 상기 차원 감소된 전산 유체역학 모델의 RTD(체류 시간 분포)가 상기 차원 감소되지 않은 전산 유체역학 모델의 RTD와 실질적으로 동일하도록 수정하는 단계일 수 있다. The step of modifying the dimensionally reduced computational fluid dynamics model may be a step of modifying the RTD (residence time distribution) of the reduced-dimensionally computational fluid dynamics model to be substantially the same as the RTD of the non-dimensionally reduced computational fluid dynamics model. have.

상기 화학 반응을 추가하여 물리화학 모델을 구축하는 단계는, 적용될 타겟 화학 반응식을 선택하는 단계; 랩 스케일에서 상기 타겟 화학 반응식의 파라메터를 실험적으로 결정하는 단계; 및 상기 타겟 화학 반응식을 상기 전산 유체역학 모델에 반영시키는 단계;를 포함할 수 있다. The step of constructing a physicochemical model by adding the chemical reaction may include selecting a target chemical reaction formula to be applied; experimentally determining the parameters of the target chemical equation at lab scale; and reflecting the target chemical reaction formula to the computational fluid dynamics model.

상기 화학 반응을 추가하여 물리화학 모델을 구축하는 단계는, 상기 물리화학 모델의 파라메터와 물리화학 시스템의 실측 파라메터를 비교하는 단계; 및 파라메터 비교를 통한 타당성 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 물리화학 모델을 수정하는 단계;를 더 포함할 수 있다. The step of constructing the physicochemical model by adding the chemical reaction may include: comparing the parameters of the physicochemical model with the measured parameters of the physicochemical system; and when the validity condition through parameter comparison is not satisfied, correcting the physicochemical model.

상기 물리화학 모델을 수정하는 단계는 상기 물리화학 모델의 RTD와 물리화학 시스템의 실측 RTD와 실질적으로 동일하도록 수정할 수 있다. The modifying of the physical and chemical model may be performed to be substantially the same as the RTD of the physical and chemical model and the measured RTD of the physical and chemical system.

상기 물리화학 모델을 확대하여 해상도를 높이는 단계는, 상기 물리화학 모델의 각 메쉬를 확대하여 메쉬 세트를 구성하는 단계; 확대된 각 메쉬 세트의 값은 기초가 된 메쉬와 동일한 데이터를 가지는 단계; 및 확대된 각 메쉬 세트 중 고정된 메쉬값을 기준으로 인접한 메쉬들의 수치를 보간(interpolation)하여 수치를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다. The step of increasing the resolution by enlarging the physicochemical model may include: constructing a mesh set by enlarging each mesh of the physicochemical model; a value of each expanded mesh set having the same data as that of the underlying mesh; and determining a numerical value by interpolating numerical values of adjacent meshes based on a fixed mesh value among each enlarged mesh set.

상기 물리화학 모델의 각 메쉬를 확대하여 메쉬 세트를 구성하는 단계는, 각 메쉬를 동일한 형상의 3차원 메쉬 세트로 확대하는 단계일 수 있다. The step of constructing a mesh set by enlarging each mesh of the physicochemical model may be a step of expanding each mesh into a three-dimensional mesh set having the same shape.

상기 물리화학 모델을 확대하여 해상도를 높이는 단계는,The step of increasing the resolution by enlarging the physical and chemical model,

물리화학 모델을 확대한 뒤 해상도 조건을 만족하는지 여부를 판단하고, 해상도 조건을 만족하지 않는 경우 물리화학 모델을 다시 확대하고, 해상도 조건을 만족하는 경우 물리화학 모델의 구축을 완료하는 단계;를 더 포함할 수 있다. After enlarging the physicochemical model, determining whether the resolution condition is satisfied, if not satisfying the resolution condition, enlarging the physicochemical model again, and completing the construction of the physicochemical model if the resolution condition is satisfied; may include

컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 전술한 내용에 따른 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법을 수행하도록 마련된다.The computer-readable storage medium storing the computer program is provided to perform the method of improving the resolution of the simulation of the chemical reaction system combined with the hydrodynamic analysis according to the above description.

본 발명에 따른 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션의 해상도 향상 방법은 전산 유체 역학 프로세스와 화학 반응 시스템을 동등한 수준의 정밀성을 가지면서도 연산 속도가 빠른 효과를 가질 수 있다. 이를 통해, 화학, 생화학, 생명공학, 제약 등의 기업 및 연구자들이 연구 개발 시간을 10 배이상 절감할 수 있다.The method for improving the resolution of a chemical reaction system simulation combined with a fluid dynamics analysis according to the present invention can have the effect of having the same level of precision as the computational fluid dynamics process and the chemical reaction system, but also having a fast calculation speed. Through this, companies and researchers in chemistry, biochemistry, biotechnology, and pharmaceuticals can reduce R&D time by more than 10 times.

본 발명에 따른 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션의 해상도 향상 방법은 1차적으로 전산 유체 역학 모델의 차수 감소 모델(Reduced Order Model)을 적용하고 검증할 수 있다. 2차적으로, 본 발명은 화학 반응 모델의 차수 감수 모델을 적용하고 검증할 수 있다. 마지막으로, 본 발명은 화학 반응 모델의 해상도를 높일 수 있다. 이러한 단계를 통해, 본 발명은 화학 정밀성을 복원함으로써 상세한 수준의 유체역학 해석이 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션이 가능하다.The method for improving the resolution of chemical reaction system simulation combined with fluid dynamics analysis according to the present invention can primarily apply and verify the reduced order model of the computational fluid dynamics model. Second, the present invention can apply and verify the order-sensing model of the chemical reaction model. Finally, the present invention can increase the resolution of the chemical reaction model. Through these steps, the present invention can simulate a chemical reaction system combined with a detailed level of hydrodynamic analysis by restoring chemical precision.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명에 따른 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션의 해상도 향상 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1에 따른 순서도를 시각적으로 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 CFD의 차수 감소 모델의 적용 및 검증 과정을 상세히 나타낸 도면이다.
도 4는 차수 감소된 CFD에 화학 반응 시스템의 적용 및 검증 과정을 상세히 나타낸 도면이다.
도 5는 물리화학 모델의 해상도를 확대한 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 5에 따른 해상도 확대한 방법을 시각적으로 구체적으로 도시한 도면이다.
도 7은 메쉬의 보간과 관련된 과정을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션의 해상도 향상 방법의 다른 실시예를 도시한 순서도이다.
1 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for improving the resolution of a chemical reaction system simulation combined with a hydrodynamic analysis according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram specifically illustrating a flowchart according to FIG. 1 .
3 is a view showing in detail the application and verification process of the reduced-order model of CFD.
4 is a view showing in detail the application and verification process of the chemical reaction system to the reduced-order CFD.
5 is a flowchart illustrating a method of increasing the resolution of a physicochemical model.
FIG. 6 is a view specifically visually illustrating a method of increasing the resolution according to FIG. 5 .
7 is a diagram specifically illustrating a process related to mesh interpolation.
8 is a flowchart illustrating another embodiment of a method for improving the resolution of a chemical reaction system simulation combined with a hydrodynamic analysis according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시의 기술적 사상은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present disclosure and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present disclosure is not limited to the following embodiments, but may be implemented in various different forms, and only the following embodiments complete the technical spirit of the present disclosure, and in the technical field to which the present disclosure belongs It is provided to fully inform those of ordinary skill in the scope of the present disclosure, and the technical spirit of the present disclosure is only defined by the scope of the claims.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present disclosure, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present disclosure, the detailed description thereof will be omitted.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular. The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present disclosure. In this specification, the singular also includes the plural, unless specifically stated otherwise in the phrase.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the present disclosure, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It should be understood that elements may be “connected,” “coupled,” or “connected.”

본 개시에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.As used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to a referenced component, step, operation and/or element of one or more other components, steps, operations and/or elements. The presence or addition is not excluded.

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성 요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명될 수 있다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재된 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위 또는 당해 기술 분야에 속한 통상의 기술자가 자명하게 이해할 수 있는 범위 내에서 구체적인 설명은 생략될 수 있다.A component included in one embodiment and a component having a common function may be described using the same name in another embodiment. Unless otherwise stated, the descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments, and specific descriptions will be omitted within the overlapping range or within the range that can be clearly understood by those skilled in the art. can

이하, 본 개시의 몇몇 실시예들에 대하여 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명한다.Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션의 해상도 향상 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다. 도 2는 도 1에 따른 순서도를 시각적으로 구체적으로 도시한 도면이다.1 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for improving the resolution of a chemical reaction system simulation combined with a hydrodynamic analysis according to the present invention. FIG. 2 is a diagram specifically illustrating a flowchart according to FIG. 1 .

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 해상도 향상 방법은 물리 기반의 전산 유체역학 모델을 준비하는 단계(S100), CFD 모델을 차원 감소시키는 단계(S200), 전산 유체역학 모델에 화학 반응 모델을 추가하여 물리화학 모델을 구축하는 단계(S500) 및 물리화학 모델(physico-chemical model)을 확대하여 해상도를 높이는 단계(S800)을 포함할 수 있다.1 and 2, the resolution improvement method according to the present invention comprises the steps of preparing a physics-based computational fluid dynamics model (S100), reducing the dimension of the CFD model (S200), and adding a chemical reaction model to the computational fluid dynamics model. It may include a step (S500) of building a physico-chemical model by adding , and a step (S800) of increasing the resolution by enlarging a physical-chemical model (physico-chemical model).

본 발명에 따른 해상도 향상 방법은 CFD 모델을 차원 감소시키는 단계(S200) 다음에, 차원 감소된 CFD 모델이 타당성 조건을 만족하는지를 검증하는 단계(S300)를 더 포함할 수 있다. 검증하는 단계(S300)는, 검증을 만족하면 물리화학 모델을 구축하는 단계(S500)로 넘어가고, 불만족하면 검증 모델과 대조하여 CFD 모델을 수정하는 단계(S400)로 넘어갈 수 있다. The resolution improvement method according to the present invention may further include a step (S300) of verifying whether the dimension-reduced CFD model satisfies a validity condition after the step (S200) of reducing the dimension of the CFD model. In the verifying step (S300), if the verification is satisfied, it may proceed to the step (S500) of building the physicochemical model, and if dissatisfied, it may proceed to the step (S400) of correcting the CFD model by comparing it with the verification model.

본 발명에 따른 해상도 향상 방법은 물리화학 모델을 구축하는 단계(S500) 다음에, 물리화학 모델이 타당성 조건을 만족하는지를 검증하는 단계(S600)을 더 포함할 수 있다. 검증하는 단계(S500)는, 검증을 만족하면 해상도를 높이는 단계(S800)로 넘어가고, 불만족하면 실측 데이터와 대조하여 물리화학 모델을 수정하는 단계(S700)로 넘어갈 수 있다.The resolution improvement method according to the present invention may further include a step (S600) of verifying whether the physicochemical model satisfies a validity condition after the step (S500) of building the physicochemical model. In the verification step ( S500 ), if the verification is satisfied, the resolution may be increased ( S800 ), and if unsatisfactory, the physical and chemical model may be corrected in comparison with the measured data ( S700 ).

물리화학을 확대하여 해상도를 높이는 단계(S800)는 타당성 검증이 완료되거나 수정된 물리화학 모델의 해상도를 높이는 단계일 수 있다. 확대된 물리화학 모델이 충분한 해상도(S900)를 만족하는 경우, 고해상도의 검증된 물리화학 모델의 구축이 완료(S1000)할 수 있고, 만약 만족하지 않는 경우 충분한 해상도를 만족할 때까지 해상도를 높이는 단계(S800)를 반복 수행할 수 있다. The step of increasing the resolution by enlarging the physical chemistry ( S800 ) may be a step of increasing the resolution of the physical chemistry model for which validation has been completed or modified. If the enlarged physical and chemical model satisfies the sufficient resolution (S900), the construction of the verified physical and chemical model of high resolution may be completed (S1000), and if not satisfied, increasing the resolution until sufficient resolution is satisfied ( S800) may be repeatedly performed.

물리화학을 확대하여 해상도를 높이는 단계(S800)는 적절한 화학 반응 모델이 인가되고, 물리적 모델이 검증가능한 CFD의 모델의 해상도를 확대하는 단계일 수 있다. 모델의 해상도를 확대하는 방법은 도 5 내지 7에서 후술한다. The step of increasing the resolution by expanding the physical chemistry ( S800 ) may be a step of expanding the resolution of the CFD model in which an appropriate chemical reaction model is applied and the physical model can be verified. A method of enlarging the resolution of the model will be described later with reference to FIGS. 5 to 7 .

확대된 물리화학 모델이 충분한 해상도를 만족하는지 여부를 판별하는 단계(S900)는 사용자가 원하는 수준의 해상도를 가질 때까지 물리화학의 모델을 확대하고, 만족하는 경우에는 물리화학 모델의 구축이 완료되는 단계(S1000)로 이동하고, 만족하지 않는 경우에는 다시 S800 단계로 돌아가, 해상도가 사용자가 원하는 수준에 도달할 때까지 반복(iteration)한다. The step of determining whether the enlarged physical and chemical model satisfies sufficient resolution (S900) expands the model of physical chemistry until the user has the desired level of resolution, and if satisfied, the construction of the physical and chemical model is completed. It moves to step S1000, and if not satisfied, returns to step S800 again, and repeats until the resolution reaches a level desired by the user.

도 3은 CFD의 차수 감소 모델의 적용 및 검증 과정을 상세히 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, CFD 모델을 차원 감소시키고, 차원 감소된 모델이 원 CFD 모델과 동일한 물리적 특성을 가지도록 검증하는 단계가 상세하게 도시된다. 3 is a view showing in detail the application and verification process of the reduced-order model of CFD. Referring to FIG. 3 , the steps of reducing the dimension of the CFD model and verifying that the reduced dimension model has the same physical properties as the original CFD model are shown in detail.

물리 기반의 전산 유체역학 모델을 준비하는 단계(S100)는 타겟 시스템의 물리적 특성을 반영하는 전산 유체역학 모델을 준비하는 단계이다. 전산 유체 역학(CFD, Computational fluid dynamics)은 열 및 유체 운동에 대한 해석을 컴퓨터를 통해 유체와 기체의 상호작용을 시뮬레이션 하는 것을 말한다. 전산 유체역학 모델(이하 CFD 모델)은 유체에 가해진 힘으로 유체가 어떻게 운동하는지에 대해 예측을 함으로써, 타겟 시스템의 유체 흐름 및 자유 표면 이동, 열 관리 등을 관리하고 시뮬레이션 할 수 있다.The step of preparing a physics-based computational fluid dynamics model ( S100 ) is a step of preparing a computational fluid dynamics model reflecting the physical characteristics of the target system. Computational fluid dynamics (CFD) refers to simulating the interaction of fluids and gases through a computer that analyzes heat and fluid motion. Computational fluid dynamics model (hereinafter referred to as CFD model) can manage and simulate the fluid flow, free surface movement, and thermal management of the target system by predicting how the fluid moves with the force applied to the fluid.

이러한 CFD 모델은 타겟 제조 공정, 타겟 공장, 타겟 기계, 타겟 공간 등 사용자가 타겟으로 하는 분야에 따라 다양한 방식으로 준비될 수 있으며 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 해상도 향상 방법은 화학적 반응 시스템을 함께 인가하는 것이므로 타겟 분야를 화학 공정, 생물 공정, 생화학 공정, 제약 공정, 화학 플랜트, 반응 사일로 등의 화학 반응 관련 분야로 설정하는 경우에 더 유효할 수 있다.Such a CFD model may be prepared in various ways according to a field targeted by a user, such as a target manufacturing process, a target factory, a target machine, and a target space, but is not limited thereto. Since the resolution improvement method according to the present invention is to apply a chemical reaction system together, it will be more effective when the target field is set to a chemical reaction related field such as a chemical process, a biological process, a biochemical process, a pharmaceutical process, a chemical plant, or a reaction silo. can

물리 기반의 CFD 모델의 준비는 ANSYS, Fluent 등의 시뮬레이션 프로그램 등을 이용하여 제공될 수 있으며 특별한 예시에 한정되지 않는다. 이렇게 제공된 CFD 모델은 물리적으로 매우 정밀한 수준의 유체 거동, 열역학적 거동에 대한 예측이 가능할 수 있다. 다만, 이러한 CFD 모델의 경우 물리 모델만으로도 계산 부하가 크다는 점에서 화학적 반응 시스템을 적용하는 경우에는 단순화 된 화학적 반응 시스템을 넣는 것이 종래 기술이었다. CFD의 메쉬(또는 셀)은 정밀도에 따라 수만~수천만개에 달하므로, 셀마다 엄격한 화학 모델을 인가하는 경우 잔류 시간 분포(Residence Time Distribution)의 연산이 고성능의 20코어 서버를 기준으로도 5~7일이나 소요되기 때문이다.The preparation of the physics-based CFD model may be provided using simulation programs such as ANSYS or Fluent, and is not limited to specific examples. The provided CFD model may be able to predict the fluid behavior and thermodynamic behavior at a physically very precise level. However, in the case of such a CFD model, in the case of applying a chemical reaction system in that the calculation load is large only with the physical model, it is the prior art to include a simplified chemical reaction system. CFD meshes (or cells) range from tens to tens of millions depending on the precision, so if a strict chemical model is applied to each cell, the calculation of the residence time distribution is 5~ Because it takes 7 days.

이러한 종래 기술은, 물리적 공정이 더 중요한 타겟 분야에서는 크게 문제되지 않으나, 화학 공정, 생물 공정, 생화학 공정, 제약 공정, 화학 플랜트, 반응 사일로 등의 화학/바이오 관련 타겟 분야에서는 시뮬레이션의 정밀도가 크게 떨어지는 문제로 작용할 수 있다. 따라서, 이하의 단계를 통해서 화학적 반응 시스템에 대한 정밀도를 유지하면서도 잔류 시간 분포 등의 연산이 수 시간내에 이루어질 수 있는 방법을 제시한다.This prior art is not a major problem in target fields where physical processes are more important, but the precision of simulations is greatly reduced in chemical/bio-related target fields such as chemical processes, biological processes, biochemical processes, pharmaceutical processes, chemical plants, and reaction silos. can be problematic. Therefore, we propose a method in which calculations such as residual time distribution can be performed within a few hours while maintaining the precision of the chemical reaction system through the following steps.

현 단계(S100)에서는 차원 축소 되지 않은 일반적인 수준, 예를 들어, 수만~수천만개 메쉬 수준의 CFD 모델을 마련한다(이하 차원 축소되지 않은 CFD 모델을 원 CFD 모델(Original CFD model)으로 지칭함).In the current step (S100), a CFD model of a general level that is not dimensionally reduced, for example, tens of thousands to tens of millions of meshes is prepared (hereinafter, the CFD model that is not dimensionally reduced is referred to as an original CFD model).

CFD 모델을 차원 감소시키는 단계(S200)는 CFD 모델의 메쉬를 수개에서 수십 개 수준으로 감소시킬 수 있다. CFD 모델의 차원 감소 모델은 원 CFD 모델의 물리적 지오메트리(physical geometry) 및 타겟 분야의 특성을 반영하여 적절하게 구축될 수 있다. 사용자 또는 학습된 모듈은 타겟 분야 또는 원 CFD 모델에 적용될 수 있는 여러 개의 차원 감소 모델 샘플을 제안할 수 있다.In the step of reducing the dimension of the CFD model ( S200 ), the mesh of the CFD model may be reduced from several to tens of levels. The dimensionality reduction model of the CFD model may be appropriately constructed by reflecting the physical geometry of the original CFD model and the characteristics of the target field. The user or the learned module can suggest several dimensionality reduction model samples that can be applied to the target field or the original CFD model.

다음으로는 제안된 차원 감소된 CFD 모델이 원 CFD 모델의 특성을 반영하는지, 즉 타당성 조건을 만족하는지를 판별(S300)한다. CFD 모델이 적절하게 모델링되어 원 시스템의 특성을 반영하는지는 사용자가 원하는 파라메터값이 적절하게 도출되는지 여부로 판별될 수 있다. 구체적으로, CFD 모델에서 파라메터는 온도(temperature), 압력(pressure), 농도(concentration), 잔류 시간 분포(reduced time distribution)의 다양한 파라메터를 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 원 CFD 모델과 차원 감소된 CFD 모델의 타당성 검토의 기준은 잔류 시간 분포의 유사성이 기준이 될 수 있다. 예를 들어, 원 CFD 모델과 차원 감소된 CFD 모델의 잔류 시간 분포가 실질적으로 동일하거나, 소정의 오차 범위 이내에 들어오는 경우, 차원 감소된 CFD 모델은 원 CFD 모델의 물리적 특성을 잘 반영한 합리적인 모델이라고 판별할 수 있다. 이렇게 합리적인 모델로 판별되는 경우, 물리화학 모델을 구축하는 단계(S500)으로 진행될 수 있다. 만일, 차원 감소된 CFD 모델이 타당성 조건을 만족하지 못하는 경우에는, 공정은 검증 모델과 대조하여 CFD 모델을 수정하는 단계(S400)으로 진행될 수 있다.Next, it is determined whether the proposed dimension-reduced CFD model reflects the characteristics of the original CFD model, ie, satisfies a validity condition (S300). Whether the CFD model is appropriately modeled and reflects the characteristics of the original system can be determined by whether the parameter value desired by the user is appropriately derived. Specifically, the parameters in the CFD model may include various parameters of temperature, pressure, concentration, and reduced time distribution. In the present invention, the criterion for feasibility study of the original CFD model and the dimensionally reduced CFD model may be the similarity of the residual time distribution. For example, if the residual time distributions of the original CFD model and the reduced-dimensional CFD model are substantially the same or fall within a predetermined error range, it is determined that the reduced-dimensional CFD model is a reasonable model that reflects the physical characteristics of the original CFD model well. can do. If it is determined as such a reasonable model, it may proceed to the step (S500) of building a physicochemical model. If the dimension-reduced CFD model does not satisfy the validity condition, the process may proceed to a step S400 of correcting the CFD model in comparison with the verification model.

검증 모델과 대조하여 CFD 모델을 수정하는 단계(S400)는 원 CFD 모델과 차원 감소된 CFD 모델의 타당성 검토의 기준인 파라메터가 실질적으로 동일하거나 또는 소정의 오차 범위 이내에 들어오도록 차원 감소된 CFD 모델을 수정하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 타당성 검토의 기준은 잔류 시간 분포를 기준으로 결정될 수 있다. The step of correcting the CFD model in contrast to the verification model (S400) is to convert the dimensionally reduced CFD model so that the parameters, which are the criteria for validation of the original CFD model and the dimensionally reduced CFD model, are substantially the same or come within a predetermined error range. This may be a correction step. For example, the criteria for the feasibility study may be determined based on the distribution of residence time.

도 4는 차수 감소된 CFD에 화학 반응 시스템의 적용 및 검증 과정을 상세히 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 차원 감소된 CFD 모델에 화학 반응 시스템을 인가하고, 검증하는 단계가 상세하게 도시된다.4 is a view showing in detail the application and verification process of the chemical reaction system to the reduced-order CFD. Referring to FIG. 4 , the steps of applying and verifying the chemical reaction system to the dimensionally reduced CFD model are shown in detail.

CFD 모델에 화학 반응 모델을 추가하여 물리화학 모델을 구축하는 단계(S500)는 원 CFD 모델과 동일한 특성을 가지는 차원 감소된 CFD 모델에 타겟 분야에 부합하는 화학 반응 모델을 추가함으로써 물리화학 모델을 구축하는 단계이다. 화학 반응 모델은 타겟 분야에 따라 실험실 규모(Lab Scale)에서 작동할 수 있는 반응식을 결정하고(S510) 및 반응식의 파라메터를 결정(S520)함으로써 결정될 수 있다.The step of building a physicochemical model by adding a chemical reaction model to the CFD model (S500) is to build a physicochemical model by adding a chemical reaction model that matches the target field to the dimensionally reduced CFD model having the same characteristics as the original CFD model. is a step to The chemical reaction model may be determined by determining a reaction equation that can be operated on a lab scale according to a target field ( S510 ) and determining a parameter of the reaction equation ( S520 ).

예를 들어, 화학 반응식은 하기의 수학식으로 표현되는 화학 반응 속도식 일 수 있다.For example, the chemical reaction equation may be a chemical reaction rate equation expressed by the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020140949272-pat00001
Figure 112020140949272-pat00001

수학식 1에 있어서, k는 계수, [A]는 물질 A의 농도, [B]는 물질 B의 농도, [C]는 물질 C의 농도를, a,b,c 는 반응식의 지수를, R은 화학 반응 속도를 나타낼 수 있다.In Equation 1, k is a coefficient, [A] is the concentration of substance A, [B] is the concentration of substance B, [C] is the concentration of substance C, a, b, c are the exponents of the reaction equation, R can represent the rate of a chemical reaction.

이러한 화학 반응식이 연속 반응 공정에 있어서 실험실 규모에서 작동할 수 있도록 각 계수를 결정한 뒤, 해당 화학 반응식을 차원 감소된 CFD 모델에 적용할 수 있다.After determining each coefficient so that this chemical equation can be operated on a laboratory scale in a continuous reaction process, the chemical equation can be applied to the reduced-dimensional CFD model.

이하 각 타겟 분야의 실시예 별로 화학 반응식의 적용 가능한 실시예들을 기재한다.Hereinafter, applicable examples of the chemical reaction formula for each example in each target field will be described.

<실시예 1><Example 1>

아미노산을 제조하는 바이오 공정에 대한 실시예에 있어서는 다음과 같은 방식으로 화학 반응식이 결정될 수 있다.In an embodiment of a bio-process for producing amino acids, a chemical reaction formula may be determined in the following manner.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020140949272-pat00002
Figure 112020140949272-pat00002

Figure 112020140949272-pat00003
Figure 112020140949272-pat00003

Figure 112020140949272-pat00004
Figure 112020140949272-pat00004

Figure 112020140949272-pat00005
Figure 112020140949272-pat00005

Figure 112020140949272-pat00006
Figure 112020140949272-pat00006

Figure 112020140949272-pat00007
Figure 112020140949272-pat00007

수학식 2에 있어서,

Figure 112020140949272-pat00008
는 공정 설계에 있어서 마진에 따른 계수로, 예를 들어, 10% 마진의 경우 0.9일 수 있다.
Figure 112020140949272-pat00009
는 글루타민(Glutamin)의 평균 보정 계수를,
Figure 112020140949272-pat00010
는 글라이신(Glycine)의 평균 보정 계수를,
Figure 112020140949272-pat00011
는 아미노산의 평균 보정 계수를 나타낸다.
Figure 112020140949272-pat00012
,
Figure 112020140949272-pat00013
,
Figure 112020140949272-pat00014
는 각 아미노산 별 화학 반응식의 계수를 나타낸다. In Equation 2,
Figure 112020140949272-pat00008
is a coefficient according to a margin in process design, and may be, for example, 0.9 in the case of a 10% margin.
Figure 112020140949272-pat00009
is the average correction factor of glutamine,
Figure 112020140949272-pat00010
is the average correction factor of glycine,
Figure 112020140949272-pat00011
represents the average correction factor of amino acids.
Figure 112020140949272-pat00012
,
Figure 112020140949272-pat00013
,
Figure 112020140949272-pat00014
represents the coefficient of the chemical reaction formula for each amino acid.

실험적으로, 각 아미노산의 계수

Figure 112020140949272-pat00015
,
Figure 112020140949272-pat00016
,
Figure 112020140949272-pat00017
,
Figure 112020140949272-pat00018
,
Figure 112020140949272-pat00019
,
Figure 112020140949272-pat00020
,
Figure 112020140949272-pat00021
,
Figure 112020140949272-pat00022
,
Figure 112020140949272-pat00023
,
Figure 112020140949272-pat00024
,
Figure 112020140949272-pat00025
,
Figure 112020140949272-pat00026
,
Figure 112020140949272-pat00027
를 결정하면, 각 반응 속도인
Figure 112020140949272-pat00028
,
Figure 112020140949272-pat00029
,
Figure 112020140949272-pat00030
를 결정할 수 있다.Experimentally, the count of each amino acid
Figure 112020140949272-pat00015
,
Figure 112020140949272-pat00016
,
Figure 112020140949272-pat00017
,
Figure 112020140949272-pat00018
,
Figure 112020140949272-pat00019
,
Figure 112020140949272-pat00020
,
Figure 112020140949272-pat00021
,
Figure 112020140949272-pat00022
,
Figure 112020140949272-pat00023
,
Figure 112020140949272-pat00024
,
Figure 112020140949272-pat00025
,
Figure 112020140949272-pat00026
,
Figure 112020140949272-pat00027
is determined, the rate of each reaction is
Figure 112020140949272-pat00028
,
Figure 112020140949272-pat00029
,
Figure 112020140949272-pat00030
can be decided

<실시예 2><Example 2>

결정화 역학(Crystallization Kinetics) 공정에 대한 실시예에 있어서는 다음과 같은 방식으로 화학 반응식이 결정될 수 있다.In an embodiment of the crystallization kinetics process, the chemical equation may be determined in the following manner.

[수학식 3][Equation 3]

r Primary nucleation = kpn·Spn r Primary nucleation = kpn S pn

kpn = kpn1·exp(kpn2·Zm_IMP)kpn = kpn1 exp(kpn2 Zm_IMP)

pn = pn1·Zm_IMP + pn2pn = pn1 Zm_IMP + pn2

r Secondary nucleation = ksn·Ssn1·Mtsn2 r Secondary nucleation = ksn S sn1 Mt sn2

ksn = ksn1·exp(ksn2·Zm_IMP) + ksn3ksn = ksn1 exp(ksn2 Zm_IMP) + ksn3

sn1 = sn11·Zm_IMP + sn12sn1 = sn11 Zm_IMP + sn12

sn2 = sn21·exp(sn22·Zm_IMP) + sn23sn2 = sn21 exp(sn22 Zm_IMP) + sn23

r Crystal growth = kg·Sg r Crystal growth = kg S g

kg = kgn1·exp(kgn2·Zm_IMP) + kgn3kg = kgn1 exp(kgn2 Zm_IMP) + kgn3

g = g1·Zm_IMP + g2g = g1 Zm_IMP + g2

여기에서, S는 과포화도를 나타내고, Zm_IMP는 불순물의 질량 함량비율을 나타낸다. 실험적으로 1차 결정화에 대해 kpn1, kpn2, pn1, pn2가 결정되고, 2차 결정화에 대해 ksn1, ksn2, ksn3, sn11, sn12, sn21, sn22, sn23이 결정되고, 결정 성장률에 대해 kgn1, kgn2, kgn3, g1, g2가 결정될 수 있다.Here, S represents the degree of supersaturation, and Zm_IMP represents the mass content ratio of impurities. Experimentally, kpn1, kpn2, pn1, and pn2 were determined for the primary crystallization, ksn1, ksn2, ksn3, sn11, sn12, sn21, sn22, sn23 were determined for the secondary crystallization, and kgn1, kgn2, kgn3, g1, g2 can be determined.

이외에도 다양한 화학 공정, 바이오 공정, 연속 공정 등에 대해서 화학반응식이 결정되고, 실험실 규모에서 각 규모를 결정함으로써 화학반응식을 완성할 수 있다.In addition, chemical equations are determined for various chemical processes, bioprocesses, and continuous processes, and chemical equations can be completed by determining each scale at a laboratory scale.

물리화학 모델이 타당성 조건을 만족하는지를 판별하는 단계(S600)는, 화학 반응 모델이 적용된 CFD 모델이 실제 물리화학 시스템(real physico-chemical system)의 특성을 반영하는지, 즉 타당성 조건을 만족하는지를 판별한다. 화학 반응 모델이 인가된 CFD 모델이 원 시스템의 특성을 반영하는지는, S300 단계의 경우는 고해상도의 메쉬로 구성되는 원 CFD 모델의 특성 반영여부를 판별하는 것과 달리, S600 단계에서는 실제 물리화학 시스템의 실측 데이터의 특성 반영여부로 판별하는 것이 요구된다. 구체적으로, 물리화학 시스템의 실측 파라메터는 온도(temperature), 압력(pressure), 농도(concentration), 잔류 시간 분포(reduced time distribution)의 다양한 파라메터를 포함할 수 있다. 실제 물리화학 시스템의 실측 파라메터를 구하는 것은 공장, 플랜트, 연구실 등의 실제 환경에서의 실제 물리화학 시스템에서의 데이터를 바탕으로 구해질 수 있다. 또는 원 CFD모델에 복잡한 화학을 인가한 고해상도 시뮬레이션에서의 물리화학 파라메터를 실측 파라메터로 여길 수 있다. 본 발명에 있어서, 실제 물리화학 시스템의 실측 파라메터와 화학 반응 모델이 적용된 CFD 모델의 타당성 검토의 기준은 잔류 시간 분포의 유사성이 기준이 될 수 있다. 예를 들어, 실제 물리화학 시스템과 화학 반응 모델이 적용된 CFD 모델의 잔류 시간 분포가 실질적으로 동일하거나, 소정의 오차 범위 이내에 들어오는 경우, 화학 반응 모델이 적용된 CFD 모델은 실제 물리화학 시스템의 물리-화학적 특성을 잘 반영한 합리적인 모델이라고 판별할 수 있다. 이렇게 합리적인 모델로 판별되는 경우, 물리화학 모델의 해상도를 높이는 단계(S800)으로 진행될 수 있다. 만일, 화학 반응 모델이 적용된 CFD 모델이 타당성 조건을 만족하지 못하는 경우에는, 공정은 실측 데이터와 대조하여 물리화학 모델을 수정하는 단계(S700)으로 진행될 수 있다.In the step S600 of determining whether the physicochemical model satisfies the validity condition, it is determined whether the CFD model to which the chemical reaction model is applied reflects the characteristics of the real physico-chemical system, that is, whether the validity condition is satisfied. . Unlike determining whether the CFD model to which the chemical reaction model has been applied reflects the characteristics of the original system, and whether the characteristics of the original CFD model composed of a high-resolution mesh are reflected in step S300, in step S600, It is required to determine whether the characteristics of the measured data are reflected or not. Specifically, the measured parameters of the physical and chemical system may include various parameters of temperature, pressure, concentration, and reduced time distribution. Obtaining the measured parameters of the actual physical and chemical system may be obtained based on data from the actual physical and chemical system in real environments such as factories, plants, and laboratories. Alternatively, physicochemical parameters in high-resolution simulations in which complex chemistry is applied to the original CFD model can be regarded as measured parameters. In the present invention, the criterion for feasibility study of the CFD model to which the actual measured parameters of the physical and chemical system and the chemical reaction model are applied may be the similarity of the retention time distribution. For example, if the residence time distribution of the CFD model to which the actual physical chemical system and the chemical reaction model is applied is substantially the same or falls within a predetermined error range, the CFD model to which the chemical reaction model is applied is the physico-chemical of the actual physical and chemical system. It can be determined that it is a reasonable model that reflects the characteristics well. When it is determined as such a reasonable model, the step ( S800 ) of increasing the resolution of the physicochemical model may be performed. If the CFD model to which the chemical reaction model is applied does not satisfy the validity condition, the process may proceed to the step S700 of correcting the physicochemical model by comparing it with actual measured data.

실측 데이터와 대조하여 물리화학 모델을 수정하는 단계(S700)는 실제 물리화학 시스템과 화학 반응 모델이 적용된 CFD 모델의 타당성 검토의 기준인 파라메터가 실질적으로 동일하거나 또는 소정의 오차 범위 이내에 들어오도록 화학 반응 모델이 적용된 CFD 모델을 수정하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 타당성 검토의 기준은 잔류 시간 분포를 기준으로 결정될 수 있다.The step (S700) of correcting the physical and chemical model in comparison with the actual data is the chemical reaction such that the parameters, which are the criteria for feasibility study of the CFD model to which the actual physical and chemical system and the chemical reaction model are applied, are substantially the same or come within a predetermined error range. It may be a step of modifying the CFD model to which the model is applied. For example, the criteria for the feasibility study may be determined based on the distribution of residence time.

도 5는 물리화학 모델의 해상도를 확대한 방법을 나타낸 순서도이다. 도 6은 도 5에 따른 해상도 확대한 방법을 시각적으로 구체적으로 도시한 도면이다. 도 7은 메쉬의 보간과 관련된 과정을 구체적으로 도시한 도면이다.5 is a flowchart illustrating a method of increasing the resolution of a physicochemical model. FIG. 6 is a view specifically visually illustrating a method of increasing the resolution according to FIG. 5 . 7 is a diagram specifically illustrating a process related to mesh interpolation.

도 5 내지 7을 참조하여, 물리화학 모델의 해상도를 높이는 방법에 대하여 구체적으로 기술한다.A method of increasing the resolution of a physicochemical model will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 7 .

도 5 및 6을 참조하면, 물리화학을 확대하여 해상도를 높이는 단계(S800)는 물리화학 모델의 각 메쉬를 3차원으로 확대하여 메쉬 세트를 구성하는 단계(S810), 확대된 각 메쉬 세트의 값은 기초가 된 메쉬와 동일한 데이터를 가지는 단계(S820), 확대된 메쉬 중 일 메쉬의 데이터 값을 고정하는 단계(S830), 고정된 데이터 값을 가지는 메쉬와 인접한 한 메쉬의 데이터 값을 주변 메쉬 값을 기준으로 보간(interpolation)하여 수치를 결정하고 고정하는 단계(S840), 확대된 메쉬의 데이터가 모두 결정될 때까지 보간을 반복 수행하는 단계(S850)를 포함한다. 이렇게 확대된 물리화학 모델은 높은 정밀도의 물리적 예측 및 화학적 모델이 가능하면서 원 CFD 모델에 보다 근접하는 정밀도를 가질 수 있다.5 and 6, the step of increasing the resolution by enlarging the physical chemistry (S800) is the step of constructing a mesh set by enlarging each mesh of the physicochemical model in three dimensions (S810), the value of each enlarged mesh set has the same data as the underlying mesh (S820), fixing the data value of one mesh among the enlarged meshes (S830), setting the data value of one mesh adjacent to the mesh having the fixed data value as the surrounding mesh value It includes a step of determining and fixing a numerical value by interpolation based on ( S840 ), and a step of repeatedly performing interpolation until all data of the enlarged mesh is determined ( S850 ). The expanded physicochemical model may have a precision closer to the original CFD model while enabling high-precision physical prediction and chemical models.

도 7을 참조하면, 고정된 데이터 값을 가지는 메쉬와 인접한 한 메쉬의 데이터 값을 주변 메쉬 값을 기준으로 보간(interpolation)하여 수치를 결정하고 고정하는 단계(S840)는, A 메쉬에 대하여 주변 메쉬 값을 기준으로 보간하여 값을 결정하고, A 메쉬와 인접한 B 메쉬에 대하여 주변 메쉬 값을 기준으로 보간하여 값을 결정하고, B 메쉬와 인접한 C 메쉬에 대하여 주변 메쉬 값을 기준으로 값을 보간하여 값을 결정할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the data value of a mesh having a fixed data value and one adjacent mesh is interpolated based on the surrounding mesh value to determine and fix the numerical value ( S840 ), with respect to the mesh A, the surrounding mesh The value is determined by interpolation based on the value, the value is determined by interpolating based on the surrounding mesh value for mesh A and adjacent B mesh, and the value is interpolated based on the surrounding mesh value for mesh B and adjacent mesh C. value can be determined.

도 8은 본 발명에 따른 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템 시뮬레이션의 해상도 향상 방법의 다른 실시예를 도시한 순서도이다. 도 8에 따른 반응 시스템은 도 1에 따른 해상도 향상 방법을 기준으로, 확대된 물리화학 모델이 타당성 조건을 만족하는지를 판별하는 단계(S1100)를 더 포함한다. 8 is a flowchart illustrating another embodiment of a method for improving the resolution of a chemical reaction system simulation combined with a hydrodynamic analysis according to the present invention. The reaction system according to FIG. 8 further includes a step ( S1100 ) of determining whether the enlarged physicochemical model satisfies a validity condition based on the resolution improvement method according to FIG. 1 .

타당성 조건을 만족하는지를 판별하는 단계(S1100)에서, 판별한 결과가 타당성 조건을 만족하는 경우 해상도 만족 판별 단계(900)로 진행하고, 타당성 조건을 만족하지 않는 경우 실측 데이터와 대조하여 확대된 물리화학 모델을 수정하는 단계(S1200)로 진행한다.In the step of determining whether the validity condition is satisfied (S1100), if the determined result satisfies the validity condition, it proceeds to the resolution satisfaction determination step 900, and if the validity condition is not satisfied, the physical chemistry expanded by comparing it with the measured data It proceeds to the step of correcting the model (S1200).

타당성 조건을 만족하는지를 판별하는 단계(S1100) 는 확대된 물리화학 모델의 RTD와 실제 물리화학 시스템의 잔류 시간 분포를 비교하여 실질적으로 동일하거나, 소정의 오차 범위 이내에 들어오는 경우 만족하는 것으로 판별할 수 있다. In the step of determining whether the validity condition is satisfied (S1100), the RTD of the enlarged physical and chemical model and the residual time distribution of the actual physical and chemical system are compared to be substantially the same, or it can be determined to be satisfied if it is within a predetermined error range. .

확대된 물리화학 모델을 수정하는 단계(S1200)는 확대된 물리화학 모델의 RTD가 실제 물리화학 시스템과 실질적으로 동일하거나 소정의 오차 범위 이내에 들어오도록 확대된 물리화학 모델을 수정하는 단계일 수 있다. The step of correcting the enlarged physical and chemical model ( S1200 ) may be a step of modifying the enlarged physical and chemical model so that the RTD of the enlarged physical and chemical model is substantially the same as the actual physical and chemical system or falls within a predetermined error range.

이외의 단계는 도 1에서 이미 기술한 것과 중복되므로 설명은 생략한다.Since the steps other than those already described in FIG. 1 are duplicated, descriptions thereof will be omitted.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Exemplary embodiments have been disclosed in the drawings and specification as described above. Although the embodiments have been described using specific terms in the present specification, these are used only for the purpose of describing the technical spirit of the present disclosure, and are not used to limit the meaning or the scope of the present disclosure described in the claims. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present disclosure should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (10)

유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법은,
전산 유체역학 모델을 준비하는 단계;
상기 전산 유체역학 모델을 차원 감소시키는 단계;
차원이 감소된 상기 전산 유체역학 모델에 화학 반응 모델을 추가하여 물리화학 모델을 구축하는 단계; 및
상기 물리화학 모델을 확대하여 해상도를 높이는 단계;를 포함하고,
상기 전산 유체역학 모델을 차원 감소시키는 단계는,
차원 감소된 전산 유체역학 모델과 차원 감소되지 않은 전산 유체역학 모델의 파라메터를 비교하는 단계; 및
파라메터 비교를 통한 타당성 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 차원 감소된 전산 유체역학 모델을 수정하는 단계;를 포함하고,
상기 화학 반응을 추가하여 물리화학 모델을 구축하는 단계는,
상기 물리화학 모델의 파라메터와 물리화학 시스템의 실측 파라메터를 비교하는 단계; 및
파라메터 비교를 통한 타당성 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 물리화학 모델을 수정하는 단계;를 포함하는 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법.
A method for improving the resolution of simulations of chemical reaction systems combined with hydrodynamic analysis is:
preparing a computational fluid dynamics model;
dimensionally reducing the computational fluid dynamics model;
constructing a physicochemical model by adding a chemical reaction model to the reduced-dimensional computational fluid dynamics model; and
Including; enlarging the physical and chemical model to increase the resolution;
The step of dimensionally reducing the computational fluid dynamics model comprises:
comparing parameters of the dimensionally reduced computational fluid dynamics model and the non-dimensionally reduced computational fluid dynamics model; and
If the validity condition through parameter comparison is not satisfied, modifying the dimensionally reduced computational fluid dynamics model;
The step of building a physicochemical model by adding the chemical reaction is,
comparing the parameters of the physical and chemical model with the actual parameters of the physical and chemical system; and
When the validity condition through parameter comparison is not satisfied, correcting the physicochemical model; A method for improving the resolution of simulation of a chemical reaction system combined with hydrodynamic analysis, comprising: a.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 차원 감소된 전산 유체역학 모델을 수정하는 단계는 상기 차원 감소된 전산 유체역학 모델의 RTD(체류 시간 분포)가 상기 차원 감소되지 않은 전산 유체역학 모델의 RTD와 실질적으로 동일하도록 수정하는 단계인 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법.
The method of claim 1,
wherein the step of modifying the reduced-dimensional computational fluid dynamics model is a step of modifying the RTD (retention time distribution) of the reduced-dimensionally computational fluid dynamics model to be substantially the same as the RTD of the non-dimensionally reduced computational fluid dynamics model. A method to improve the resolution of simulations of chemical reaction systems combined with dynamic analysis.
제1 항에 있어서,
상기 화학 반응을 추가하여 물리화학 모델을 구축하는 단계는,
적용될 타겟 화학 반응식을 선택하는 단계;
랩 스케일에서 상기 타겟 화학 반응식의 파라메터를 실험적으로 결정하는 단계; 및
상기 타겟 화학 반응식을 상기 전산 유체역학 모델에 반영시키는 단계;를 포함하는 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법.
The method of claim 1,
The step of building a physicochemical model by adding the chemical reaction is,
selecting a target chemical equation to be applied;
experimentally determining the parameters of the target chemical equation at lab scale; and
Reflecting the target chemical reaction formula to the computational fluid dynamics model; a method for improving the resolution of simulation of a chemical reaction system combined with fluid dynamics analysis comprising a.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 물리화학 모델을 수정하는 단계는 상기 물리화학 모델의 RTD와 물리화학 시스템의 실측 RTD와 실질적으로 동일하도록 수정하는 단계인 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법.
The method of claim 1,
The step of revising the physicochemical model is a step of modifying the RTD of the physicochemical model to be substantially the same as the measured RTD of the physicochemical system.
제1 항에 있어서,
상기 물리화학 모델을 확대하여 해상도를 높이는 단계는,
상기 물리화학 모델의 각 메쉬를 확대하여 메쉬 세트를 구성하는 단계;
확대된 각 메쉬 세트의 값은 기초가 된 메쉬와 동일한 데이터를 가지는 단계; 및
확대된 각 메쉬 세트 중 고정된 메쉬값을 기준으로 인접한 메쉬들의 수치를 보간(interpolation)하여 수치를 결정하는 단계;를 포함하는 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법.
The method of claim 1,
The step of increasing the resolution by enlarging the physical and chemical model,
constructing a mesh set by enlarging each mesh of the physicochemical model;
a value of each expanded mesh set having the same data as that of the underlying mesh; and
A method of improving the resolution of a simulation of a chemical reaction system combined with hydrodynamic analysis, comprising: determining a numerical value by interpolating numerical values of adjacent meshes based on a fixed mesh value among each enlarged mesh set.
제7 항에 있어서,
상기 물리화학 모델의 각 메쉬를 확대하여 메쉬 세트를 구성하는 단계는,
각 메쉬를 동일한 형상의 3차원 메쉬 세트로 확대하는 단계인 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법.
8. The method of claim 7,
The step of constructing a mesh set by enlarging each mesh of the physical and chemical model,
A method of improving the resolution of simulations of chemical reaction systems combined with hydrodynamic analysis, which is the step of expanding each mesh into a set of three-dimensional meshes of the same shape.
제1 항에 있어서,
상기 물리화학 모델을 확대하여 해상도를 높이는 단계는,
물리화학 모델을 확대한 뒤 해상도 조건을 만족하는지 여부를 판단하고, 해상도 조건을 만족하지 않는 경우 물리화학 모델을 다시 확대하고, 해상도 조건을 만족하는 경우 물리화학 모델의 구축을 완료하는 단계;를 더 포함하는 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법.
The method of claim 1,
The step of increasing the resolution by enlarging the physical and chemical model,
After enlarging the physicochemical model, determining whether the resolution condition is satisfied, if not satisfying the resolution condition, enlarging the physicochemical model again, and completing the construction of the physicochemical model if the resolution condition is satisfied; A method to improve the resolution of simulations of chemical reaction systems combined with hydrodynamic analysis, including
제1항, 제3항 내지 제4항, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 유체역학 해석과 결합된 화학 반응 시스템의 시뮬레이션의 해상도 향상 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.A computer readable computer program having stored thereon a computer program for performing the method of improving the resolution of the simulation of a chemical reaction system combined with the hydrodynamic analysis according to any one of claims 1, 3 to 4, 6 to 9 storage medium.
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