KR102612846B1 - Flow analysis simulation apparatus, method and computer program based on boundary layer grid generation - Google Patents
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Abstract
격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치는, 유동 해석 대상에 대한 데이터를 입력 받는 데이터 입력부, 메모리, 및 상기 메모리에 연결되고, 처리를 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 데이터 입력부를 통하여 입력받은 데이터에 기초하여, 물체 경계의 경계층 격자를 생성하는 단계를 수행하며, 상기 경계층 격자를 생성하는 단계는, 상기 물체 경계의 법선 벡터를 계산한 후, 상기 법선 벡터를 기초로 평활화 법선 벡터(Smoothed Normal Vector)와 확산 방정식(Diffusion Equation)을 이용한다.A flow analysis simulation device based on grid generation is disclosed. A flow analysis simulation device based on grid generation according to an embodiment of the present invention includes a data input unit that receives data on a flow analysis target, a memory, and a processor connected to the memory and configured to execute processing, The processor performs the step of generating a boundary layer grid of an object boundary based on data input through the data input unit. The step of generating the boundary layer grid includes calculating a normal vector of the object boundary, and then calculating the normal vector of the object boundary. Based on the vector, the smoothed normal vector and diffusion equation are used.
Description
본 발명은 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 더 자세하게는, 유동 해석에 필요한 격자 생성 시, 경계층 격자의 생성을 위해 평활화 법선 벡터계산에서 확산 방정식의 경계조건을 결정할 수 있는 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.The present invention relates to a grid generation-based flow analysis simulation device, method, and computer program. More specifically, it relates to a flow analysis simulation device, method, and computer program based on grid generation that can determine the boundary conditions of the diffusion equation in the smoothing normal vector calculation for the creation of a boundary layer grid when generating a grid required for flow analysis.
난류를 포함한 유동 해석 시에 경계층 격자의 생성이 필요하다. 특히, 경계층 경자는 물체면 위주의 난류 유동 경계층 해석을 위해서 필수적이다. 종래의 경계층 격자는 물체면에 대해 법선방향으로 매우 얇고 접선 방향으로는 넓은 특징이 있었다. 임의의 3차원 물체면에 수직으로 경계층 격자를 생성하는 것은 어려운 작업으로, 특히, 물체면의 오목한 코너에서는 경계층 격자선이 서로 꼬이는 문제가 발생할 수 있다.When analyzing flows including turbulence, the creation of a boundary layer grid is necessary. In particular, boundary layer hardness is essential for turbulent flow boundary layer analysis focusing on the object surface. The conventional boundary layer grid had the characteristic of being very thin in the normal direction and wide in the tangential direction with respect to the object surface. Generating a boundary layer grid perpendicular to the surface of an arbitrary three-dimensional object is a difficult task. In particular, problems may occur where the boundary layer grid lines become twisted at concave corners of the object surface.
물체면에 수직에 가깝고 높이가 일정한 경계층 격자를 생성하면 다양한 물리량에 대한 유동 해석 시 좋은 결과를 줄 수 있다.Creating a boundary layer grid that is close to normal to the object surface and has a constant height can give good results when analyzing flow for various physical quantities.
본 발명은 평활화 법선 벡터(smoothed normal vector)와 확산 방정식을 이용하여 경계층 격자를 생성할 수 있는 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a flow analysis simulation device, method, and computer program based on grid generation that can generate a boundary layer grid using a smoothed normal vector and a diffusion equation.
또한, 확산 방정식의 계산 영역을 제한함으로써 평활화 법선 벡터와 법선 벡터와의 차이가 과도해지는 것을 방지하고 경계층 격자가 충분하게 평화화가 될 수 있는 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램을 제공하고자 한다.In addition, by limiting the calculation area of the diffusion equation, the difference between the smoothed normal vector and the normal vector is prevented from becoming excessive and the boundary layer grid is provided with a flow analysis simulation device, method, and computer program based on grid generation that can be sufficiently smoothed. I want to do it.
본 발명의 해결 과제들은 이상에서 언급한 내용으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the contents mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 일 실시예에 따른, 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치는, 유동 해석 대상에 대한 데이터를 입력 받는 데이터 입력부; 메모리; 및 상기 메모리에 연결되고, 처리를 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 데이터 입력부를 통하여 입력받은 데이터에 기초하여, 물체 경계의 경계층 격자를 생성하는 단계;를 수행하고, 상기 경계층 격자를 생성하는 단계는, 상기 물체 경계의 법선 벡터를 계산한 후, 상기 법선 벡터를 기초로 평활화 법선 벡터(Smoothed Normal Vector)와 확산 방정식(Diffusion Equation)을 이용하여 경계층 격자를 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a flow analysis simulation device based on grid generation includes a data input unit that receives data about a flow analysis target; Memory; and a processor connected to the memory and configured to execute processing, wherein the processor generates a boundary layer grid of an object boundary based on data input through the data input unit, and performing the boundary layer grid. In the step of generating, after calculating the normal vector of the object boundary, a boundary layer grid can be generated using a smoothed normal vector and a diffusion equation based on the normal vector.
또한, 상기 경계층 격자를 생성하는 단계는, 격자면의 법선 벡터를 계산하는 단계; 격자선의 방향 벡터를 계산하는 단계; 및 경계조건 계산영역을 지정하는 단계;를 포함할 수 있다.Additionally, generating the boundary layer grid includes calculating a normal vector of the grid plane; calculating a direction vector of a grid line; and specifying a boundary condition calculation area.
또한, 상기 격자선의 방향 벡터를 계산하는 단계는, 상기 격자선을 공유하는 두 격자면의 법선 벡터의 합벡터를 계산하고, 상기 합벡터를 정규화(normalization)할 수 있다.Additionally, the step of calculating the direction vector of the grid line may include calculating a sum vector of normal vectors of two grid planes sharing the grid line, and normalizing the sum vector.
또한, 상기 경계조건 계산영역을 지정하는 단계는, 이웃한 격자면의 법선 벡터가 이루는 각도가 제1 상수보다 큰 경우 두 격자면을 계산영역으로 지정하고, 공유하는 격자선을 경계 격자선을 지정할 수 있다.In addition, in the step of specifying the boundary condition calculation area, if the angle formed by the normal vector of the neighboring grid plane is greater than the first constant, the two grid planes are designated as the calculation area, and the shared grid line is designated as the boundary grid line. You can.
또한, 상기 경계층 격자를 생성하는 단계는, 경계조건 계산영역을 추가로 지정하는 단계를 더 포함하고, 상기 경계조건 계산영역을 추가로 지정하는 단계는, 아래의 수식을 만족하는 경우 추가적인 계산영역으로 지정하고, 추가적인 계산영역이 발생하지 않을 때까지 반복할 수 있다.In addition, the step of generating the boundary layer grid further includes the step of additionally specifying a boundary condition calculation area, and the step of additionally designating the boundary condition calculation area is an additional calculation area when the formula below is satisfied. It can be specified and repeated until no additional calculation area occurs.
격자면의 중심간 거리 Distance between centers of grid planes
추정된 경계층격자 최상면의 중심 간 거리 Distance between centers of the estimated boundary layer grid top surface
Const = 비율의 기준값 Const = base value of ratio
본 발명의 일 실시예에 따른, 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치에서 수행되는 유동 해석 시뮬레이션 방법은, 유동 해석 시뮬레이션을 위하여 해석 대상에 관한 데이터를 입력받는 단계; 및 상기 입력받은 데이터에 기초하여, 물체 경계의 경계층 격자를 생성하는 단계;를 포함하고, 상기 경계층 격자를 생성하는 단계는, 상기 물체 경계의 법선 벡터를 계산한 후, 상기 법선 벡터를 기초로 평활화 법선 벡터와 확산 방정식을 이용하여 경계층 격자를 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a flow analysis simulation method performed in a grid generation-based flow analysis simulation device includes the steps of receiving data on an analysis object for flow analysis simulation; and generating a boundary layer grid of an object boundary based on the input data, wherein the step of generating the boundary layer grid includes calculating a normal vector of the object boundary, and then smoothing the boundary layer based on the normal vector. A boundary layer grid can be created using normal vectors and diffusion equations.
본 발명의 일 실시예에 따른, 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션을 하는 명령어들의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램은, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 경우, 유동 해석 시뮬레이션을 위하여 해석 대상에 관한 데이터를 입력받고, 상기 입력받은 데이터에 기초하여, 물체 경계의 경계층 격자를 생성하고, 상기 경계층 격자에 기초하여 상기 유동 해석 시뮬레이션을 수행하도록 하는 명령어들의 시퀀스를 포함하고, 상기 경계층 격자의 생성은, 상기 물체 경계의 법선 벡터를 계산한 후, 상기 법선 벡터를 기초로 평활화 법선 벡터와 확산 방정식을 이용하여 경계층 격자를 생성하도록 하는 명령어들의 시퀀스를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a computer program stored in a computer-readable recording medium including a sequence of instructions for performing a grid generation-based flow analysis simulation, when executed by a computing device, the computer program performs a flow analysis simulation. A sequence of instructions for receiving data on an analysis target, generating a boundary layer grid of an object boundary based on the input data, and performing the flow analysis simulation based on the boundary layer grid, wherein the boundary layer Generation of the grid may include a sequence of instructions to calculate a normal vector of the object boundary and then generate a boundary layer grid using a smoothed normal vector and a diffusion equation based on the normal vector.
본 발명의 일 실시예에 따른, 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램에 따르면, 평활화 법선 벡터와 법선 벡터와의 차이가 과도해지는 것을 방지하여 경계층 격자가 원활히 생성되고, 꼬이는 것을 방지하며, 품질을 개선시킬 수 있다.According to the flow analysis simulation device, method, and computer program based on grid generation according to an embodiment of the present invention, the boundary layer grid is smoothly generated and twisted by preventing the difference between the smoothed normal vector and the normal vector from becoming excessive. And quality can be improved.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 내용으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the contents mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 경계층 격자 생성 시 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 경계층 격자를 이용하는 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 경계층 격자 생성 시 모서리 부분에서의 경계층 격자의 생성 시 발생할 수 있는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치에서 수행되는 유동 해석 시뮬레이션 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 초기 계산 영역 및 경계의 선택을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에서 선택된 계산 영역과 경계 조건을 기초로 확산 방정식 적용 후 평활화 법선 벡터의 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 재 선택된 계산 영역과 경계의 선택을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8에서 선택된 계산 영역과 경계 조건을 기초로 확산 방정식 적용 후 평활화 법선 벡터의 분포를 나타내는 도면이다.Figure 1 is a diagram to explain problems when creating a boundary layer grid.
FIG. 2 is a diagram to explain problems that occur when using the boundary layer grid of FIG. 1.
Figure 3 is a diagram to explain problems that may occur when creating a boundary layer grid at the corners.
Figure 4 is a block diagram showing the configuration of a flow analysis simulation device based on grid generation according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flow chart showing a flow analysis simulation method performed in a grid generation-based flow analysis simulation device according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining the selection of an initial calculation area and boundary.
FIG. 7 is a diagram showing the distribution of the smoothed normal vector after applying the diffusion equation based on the calculation domain and boundary conditions selected in FIG. 6.
Figure 8 is a diagram for explaining the selection of a re-selected calculation area and boundary.
FIG. 9 is a diagram showing the distribution of the smoothed normal vector after applying the diffusion equation based on the calculation domain and boundary conditions selected in FIG. 8.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예가 상세하게 설명된다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명의 실시예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략되었다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention are described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly explain the embodiments of the present invention in the drawings, parts unrelated to the description have been omitted.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.The terms used herein are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.
본 명세서에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.In this specification, terms such as “include,” “have,” or “equipped with” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It can be understood that it does not exclude in advance the existence or possibility of addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 기술되고, 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있다. 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리 범위에 포함된다.Additionally, the components appearing in the embodiments of the present invention are shown independently to show different characteristic functions, and this does not mean that each component is comprised of separate hardware or one software component. That is, for convenience of explanation, each component is listed and described as each component, and at least two of each component may be combined to form one component, or one component may be divided into a plurality of components to perform a function. Integrated embodiments and separate embodiments of each of these components are also included in the scope of the present invention as long as they do not deviate from the essence of the present invention.
또한, 이하의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Additionally, the following embodiments are provided to provide a clearer explanation to those with average knowledge in the art, and the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the attached drawings.
도 1은 경계층 격자 생성 시 문제점을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 경계층 격자를 이용하는 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 경계층 격자 생성 시 모서리 부분에서의 경계층 격자의 생성 시 발생할 수 있는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a diagram for explaining problems when creating a boundary layer grid, and FIG. 2 is a diagram for explaining problems that occur when using the boundary layer grid of FIG. 1. Figure 3 is a diagram to explain problems that may occur when creating a boundary layer grid at the corners.
도 1을 참조하면, 경계층 격자의 생성 시 평활화 법선 벡터가 법선 벡터와 과도하게 차이가 발생하는 것을 보여주고 있다. 법선 벡터의 과도한 평활화가 발생하게 되면 도 1의 왼쪽 그림과 같이 격자선이 물체면 방향으로 기울어지는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따른 문제점을 도 2를 참조하여 설명하면, 격자면의 법선 벡터()와 격자면을 공유하는 두 격자의 중심을 연결하는 선분의 방향벡터() 간의 각도가 커지면 수치해석에 있어서 수치계산의 오차가 커지는 문제가 발생할 수 있다. 오차가 커지는 현상에 대하여 아래의 수식을 통해서 좀더 구체적으로 설명하기로 한다.Referring to FIG. 1, it is shown that when creating a boundary layer grid, the smoothed normal vector differs excessively from the normal vector. If excessive smoothing of the normal vector occurs, a problem may occur where the grid line is tilted toward the object surface, as shown in the left picture of FIG. 1. If the problem resulting from this is explained with reference to FIG. 2, the normal vector of the grid surface ( ) and the direction vector of the line segment connecting the centers of two grids sharing a grid plane ( ), if the angle between them increases, a problem may occur in numerical analysis in which the error in numerical calculations increases. The phenomenon of increasing errors will be explained in more detail using the formula below.
지배방정식의 확산항은 격자면에서 물리량 구배의 법선 방향 성분을 면적 적분하여 계산한다.The diffusion term of the governing equation is calculated by area integration of the normal direction component of the physical quantity gradient on the grid surface.
[수식 1][Formula 1]
(:격자면의 면적, : 격자면의 법선 벡터, : 물리량) ( :Area of grid plane, : Normal vector of grid plane, : physical quantity)
격자면에 수직한 물리량의 구배는 직접 계산하지 못하므로 아래 식과 같이 계산한다.Since the gradient of the physical quantity perpendicular to the grid plane cannot be calculated directly, it is calculated using the formula below.
[수식 2][Formula 2]
(: 에서의 물리량, : 에서의 물리량)( : physical quantity in, : physical quantity in)
여기서, 각도가 커지면 의 값이 커져서 오차가 커지는 문제가 발생할 수 있다.Here, as the angle increases As the value of increases, the error may increase.
본 발명의 일 실시예에 따른 평활화 법선 벡터의 적용 방법을 이용하면 도 1의 오른쪽과 같이 법선 벡터의 변화가 급격한 영역에서만 평활화가 진행되어 격자의 품질을 유지할 수 있다. 다시 말해, 평활화 법선 벡터가 충분히 평활화 됨에 따라 경계층 격자가 효과적으로 생성될 수 있다. 일례로, 도 3의 좌측 그림과 같은 조건에서 경계층 격자를 생성하는 경우 충분히 평활화 되지 않으면, 그림 3의 가운데 그림 같이 오목한 코너에서 경계층 격자가 잘 생성되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 평활화 법선 벡터의 적용 방법을 이용하면, 법선 벡터가 충분히 평활화가 되기 때문에, 도 3의 우측 그림과 같은 경계층 격자의 생성이 가능하다. Using the method of applying a smoothed normal vector according to an embodiment of the present invention, smoothing is performed only in areas where the normal vector changes rapidly, as shown on the right side of FIG. 1, so that the quality of the grid can be maintained. In other words, as the smoothing normal vector is sufficiently smoothed, the boundary layer grid can be effectively created. For example, if the boundary layer grid is not sufficiently smoothed under the conditions shown in the left picture of Figure 3, a problem may occur in which the boundary layer grid is not properly generated in concave corners as shown in the middle picture of Figure 3. By using the method of applying a smoothed normal vector according to an embodiment of the present invention, the normal vector is sufficiently smoothed, so it is possible to create a boundary layer grid as shown on the right side of FIG. 3.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.Figure 4 is a block diagram showing the configuration of a flow analysis simulation device based on grid generation according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치(100)는, 난류의 경계층 해석을 포함하는 유동 해석에 필요한 격자 생성 시 경계층 격자를 효과적으로 생성하기 위한 것으로, 프로세서(110), 메모리(120), 및 데이터 입력부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the flow analysis simulation device 100 based on grid generation according to an embodiment of the present invention is for effectively generating a boundary layer grid when generating a grid required for flow analysis including boundary layer analysis of turbulent flow, It may include a processor 110, a memory 120, and a data input unit 130.
데이터 입력부(130)는 유동 해석 시뮬레이션을 위하여 해석 대상에 관한 데이터를 입력 받을 수 있다. 메모리(120)는 데이터 입력부(130)를 통하여 입력된 해석 대상에 관한 데이터와, 유동 해석 시뮬레이션 용 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 프로세서(110)는 메모리(120)에 연결되어, 메모리(120)에 저장된 상기 소프트웨어 코드를 실행할 수 있다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하며 프로세서(110)가 상기 소프트웨어 코드를 실행함으로써 수행되는 각각의 단계에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.The data input unit 130 can receive data about an analysis object for flow analysis simulation. The memory 120 may store data on the analysis target input through the data input unit 130 and software code for flow analysis simulation. The processor 110 is connected to the memory 120 and can execute the software code stored in the memory 120. Hereinafter, each step performed by the processor 110 executing the software code will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치에서 수행되는 유동 해석 시뮬레이션 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 초기 계산 영역 및 경계의 선택을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 6에서 선택된 계산 영역과 경계 조건을 기초로 확산 방정식 적용 후 평활화 법선 벡터의 분포를 나타내는 도면이다. 또한, 도 8은 재 선택된 계산 영역과 경계의 선택을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 8에서 선택된 계산 영역과 경계 조건을 기초로 확산 방정식 적용 후 평활화 법선 벡터의 분포를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a flowchart showing a flow analysis simulation method performed in a grid generation-based flow analysis simulation device according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram illustrating the selection of the initial calculation area and boundary, and FIG. 7 is a diagram showing the distribution of the smoothed normal vector after applying the diffusion equation based on the calculation area and boundary conditions selected in FIG. 6. In addition, FIG. 8 is a diagram for explaining the selection of the re-selected calculation area and boundary, and FIG. 9 is a diagram showing the distribution of the smoothed normal vector after applying the diffusion equation based on the calculation area and boundary conditions selected in FIG. 8.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치(100)의 데이터 입력부(130)는 단계(S110)에서, 유동 해석 시뮬레이션을 위하여 해석 대상에 관한 데이터를 입력 받을 수 있다.Referring to FIGS. 4 to 9, the data input unit 130 of the grid generation-based flow analysis simulation device 100 according to an embodiment of the present invention inputs information about the analysis object for flow analysis simulation in step S110. Data can be input.
본 발명의 일 실시예에 따른 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치(100)의 프로세서(110)는 단계(S120)에서 격자면의 법선 벡터를 계산할 수 있다(도 6의 검은 화살표 참조).The processor 110 of the grid generation-based flow analysis simulation device 100 according to an embodiment of the present invention may calculate the normal vector of the grid plane in step S120 (see black arrow in FIG. 6).
프로세서(110)는 단계(S130)에서 격자선의 방향 벡터를 계산할 수 있다(도 6의 붉은 화살표). 보다 구체적으로, 프로세서(110)는 단계(S130)에서 먼저 격자선을 공유하는 두 격자면의 법선 벡터의 합벡터를 계산하고, 합벡터의 정규화(Normalization)를 수행할 수 있다.The processor 110 may calculate the direction vector of the grid line in step S130 (red arrow in FIG. 6). More specifically, in step S130, the processor 110 may first calculate a sum vector of normal vectors of two grid planes sharing a grid line and perform normalization of the sum vector.
다음으로, 프로세서(110)는 단계(S140)에서 아래의 제1 조건에 해당하는 계산영역을 지정하고, 경계조건을 지정할 수 있다.Next, the processor 110 may designate a calculation area corresponding to the first condition below and designate a boundary condition in step S140.
[제1 조건][First condition]
이웃한 격자면의 법선 벡터가 이루는 각도가 특정상수()보다 큰 경우 두 격자면을 계산영역으로 지정(도 6의 파란색영역, 아래 수식의 각도의 크기는 내적으로 계산 The angle formed by the normal vector of the neighboring grid plane is a specific constant ( ), designate the two grid planes as the calculation area (blue area in Figure 6, the size of the angle in the formula below is calculated as the inner product)
(수식 3) (Formula 3)
, 는 격자면의 법선 벡터 , is the normal vector of the grid plane
여기서, 프로세서(110)는 공유하는 격자선을 경계 격자선으로 지정할 수 있다(도 6의 파란색박스).Here, the processor 110 can designate a shared grid line as a boundary grid line (blue box in FIG. 6).
다음으로, 프로세서(110)는 단계(S150)에서 제2 조건으로 계산영역을 추가로 확장하고 경계조건을 지정할 수 있다.Next, the processor 110 may further expand the calculation area to the second condition and specify the boundary condition in step S150.
[제2 조건][Second condition]
()와 의 비율의 절대값이 특정값()보다 크면 계산영역으로 지정(도 6의 녹색영역)( )and The absolute value of the ratio is a specific value ( ), it is designated as a calculation area (green area in Figure 6)
, 격자면의 중심간 거리 , the distance between the centers of the grid planes
, 추정된 경계층격자 최상면의 중심 간 거리 , the distance between the centers of the estimated boundary layer grid top surface
(: 전체 경계층의 두께, , : 격자면의 법선 벡터)( : Thickness of the entire boundary layer, , : normal vector of grid plane)
(수식 4) (Formula 4)
여기서, 프로세서(110)는 계산영역(도 6의 녹색 또는 파란색 영역)과 계산되지 않는 영역(도 6의 검정색 영역)이 만나는 격자선을 경계 격자선으로 지정할 수 있다(도 6의 녹색박스).Here, the processor 110 may designate the grid line where the calculation area (green or blue area in FIG. 6) and the non-calculation area (black area in FIG. 6) meet as the boundary grid line (green box in FIG. 6).
다음으로, 프로세서(110)는 단계(S160)에서 확산 방정식을 적용하여 도 7과 같은 평활화 법선 벡터를 도출할 수 있다. 여기서, 확산 방정식은, 경계조건이 결정된 경우 해석영역의 연속적인 물리량의 분포를 얻기 위한 방정식으로, 일례로 양 끝단의 온도가 구속된 금속막대의 온도분포를 계산하는 경우 등 유체 및 유동 해석에 사용될 수 있으며, 일례로 라플라스 방정식을 이용할 수 있다. 확산 방정식과 라플라스 방정식은 수치 해석에서 일반적으로 활용되는 것으로, 이에 대한 상세한 설명에 대해서는 생략하기로 한다.Next, the processor 110 may derive a smoothed normal vector as shown in FIG. 7 by applying the diffusion equation in step S160. Here, the diffusion equation is an equation for obtaining the distribution of continuous physical quantities in the analysis area when the boundary conditions are determined. For example, the diffusion equation is used in fluid and flow analysis, such as calculating the temperature distribution of a metal rod whose temperatures are constrained at both ends. You can use the Laplace equation as an example. The diffusion equation and Laplace equation are commonly used in numerical analysis, and detailed descriptions thereof will be omitted.
다음으로, 프로세서(110)는 단계(S170)에서 상기 제2 조건을 이용하여 계산영역을 추가로 확장하여 지정하고, 경계조건을 변경할 수 있다. 다시 말해, 프로세서(110)는 단계(S160)에서 도출된 평활화 법선 벡터를 이용하여 단계(150)과 동일한 단계(170)를 수행할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(110)는 도 8의 녹색 영역과 같이, ()와 의 비율의 절대값이 특정 값()보다 크면 계산영역으로 지정할 수 있다. 이를 통해, 프로세서(110)는 도 8의 녹색 또는 파란색 영역의 계산영역과 계산되지 않는 영역(도 6의 검정색 영역)이 만나는 격자선을 경계 격자선으로 지정할 수 있다(도 8의 녹색박스).Next, the processor 110 may further expand and designate the calculation area using the second condition and change the boundary condition in step S170. In other words, the processor 110 may perform step 170, which is the same as step 150, using the smoothed normal vector derived in step S160. Specifically, the processor 110, as shown in the green area of FIG. 8, ( )and The absolute value of the ratio is a certain value ( ), it can be designated as a calculation area. Through this, the processor 110 can designate the grid line where the calculation area in the green or blue area of FIG. 8 and the non-calculation area (black area in FIG. 6) meet as the boundary grid line (green box in FIG. 8).
다음으로, 프로세서(110)는 단계(S180)에서 계산영역의 추가여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(110)는 단계(S170)의 과정에서 계산영역이 추가로 지정되는 것이 있는지, 즉 경계조건이 변경되는지 여부를 판정하여, 계산영역이 추가로 지정(경계조건이 변경)되는 경우 단계(S160, S170)를 반복적으로 수행하고, 계산영역이 추가로 지정(경계조건이 변경)되지 않으면 계산을 종료할 수 있다.Next, the processor 110 may determine whether to add a calculation area in step S180. Specifically, in the process of step S170, the processor 110 determines whether a calculation area is additionally designated, that is, whether the boundary condition is changed, and if the calculation area is additionally designated (the boundary condition is changed), Steps S160 and S170 are performed repeatedly, and the calculation can be terminated if no additional calculation area is specified (boundary conditions are changed).
본 발명에 따른, 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램에 따르면, 평활화 법선 벡터와 법선 벡터와의 차이가 과도해지는 것을 방지하여 경계층 격자가 원활히 생성되고, 꼬이는 것을 방지하며, 품질을 개선시킬 수 있다.According to the grid generation-based flow analysis simulation device, method, and computer program according to the present invention, the boundary layer grid is smoothly generated by preventing the difference between the smoothed normal vector and the normal vector from becoming excessive, preventing twisting, and improving quality. It can be improved.
본 명세서에 기재된 다양한 실시예들은 하드웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 소프트웨어 및/또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예들은 하나 이상의 주문형 반도체(ASIC)들, 디지털 신호 프로세서(DSP)들, 디지털 신호 프로세싱 디바이스(DSPD)들, 프로그램어블 논리 디바이스(PLD)들, 필드 프로그램어블 게이트 어레이(FPGA)들, 프로세서들, 컨트롤러들, 마이크로컨트롤러들, 마이크로프로세서들, 여기서 제시되는 기능들을 수행하도록 설계되는 다른 전자 유닛들 또는 이들의 조합 내에서 구현될 수 있다.Various embodiments described herein may be implemented by hardware, middleware, microcode, software, and/or combinations thereof. For example, various embodiments may include one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), and field programmable gate arrays (FPGAs). ), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, other electronic units designed to perform the functions presented herein, or a combination thereof.
이러한 하드웨어 등은 본 명세서에 기술된 다양한 동작들 및 기능들을 지원하도록 동일한 디바이스 내에서 또는 개별 디바이스들 내에서 구현될 수 있다. 추가적으로, 본 발명에서 "~부"로 기재된 구성요소들, 유닛들, 모듈들, 컴포넌트들 등은 함께 또는 개별적이지만 상호 운용가능한 로직 디바이스들로서 개별적으로 구현될 수 있다. 모듈들, 유닛들 등에 대한 서로 다른 특징들의 묘사는 서로 다른 기능적 실시예들을 강조하기 위해 의도된 것이며, 이들이 개별 하드웨어 컴포넌트들에 의해 실현되어야만 함을 필수적으로 의미하지 않는다. 오히려, 하나 이상의 모듈들 또는 유닛들과 관련된 기능은 개별 하드웨어 컴포넌트들에 의해 수행되거나 또는 공통의 또는 개별의 하드웨어 컴포넌트들 내에 통합될 수 있다.Such hardware and the like may be implemented within the same device or within separate devices to support the various operations and functions described herein. Additionally, components, units, modules, components, etc. described as “~” in the present invention may be implemented together or individually as separate but interoperable logic devices. The description of different features for modules, units, etc. is intended to highlight different functional embodiments and does not necessarily imply that they must be realized by individual hardware components. Rather, functionality associated with one or more modules or units may be performed by separate hardware components or integrated within common or separate hardware components.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 유동 해석 시뮬레이션 장치
110: 프로세서
120: 메모리
130: 데이터 입력부100: Flow analysis simulation device
110: processor
120: memory
130: data input unit
Claims (7)
유동 해석 대상에 대한 데이터를 입력 받는 데이터 입력부;
메모리; 및
상기 메모리에 연결되고, 처리를 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 데이터 입력부를 통하여 입력받은 데이터에 기초하여, 물체 경계의 경계층 격자를 생성하는 단계;를 수행하고,
상기 경계층 격자를 생성하는 단계는, 상기 물체 경계의 법선 벡터를 계산한 후, 상기 법선 벡터를 기초로 평활화 법선 벡터(Smoothed Normal Vector)와 확산 방정식(Diffusion Equation)을 이용하여 경계층 격자를 생성하는 것인 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치.
As a flow analysis simulation device based on grid generation,
A data input unit that receives data about the flow analysis target;
Memory; and
a processor coupled to the memory and configured to execute processing;
The processor performs the step of generating a boundary layer grid of an object boundary based on data input through the data input unit,
The step of generating the boundary layer grid includes calculating the normal vector of the object boundary and then generating the boundary layer grid using a smoothed normal vector and a diffusion equation based on the normal vector. Flow analysis simulation device based on grid generation.
상기 경계층 격자를 생성하는 단계는,
격자면의 법선 벡터를 계산하는 단계;
격자선의 방향 벡터를 계산하는 단계; 및
경계조건 계산영역을 지정하는 단계;를 포함하는 것인 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치.
According to paragraph 1,
The step of generating the boundary layer grid is,
calculating the normal vector of the grid plane;
calculating a direction vector of a grid line; and
A flow analysis simulation device based on grid generation, comprising: specifying a boundary condition calculation area.
상기 격자선의 방향 벡터를 계산하는 단계는,
상기 격자선을 공유하는 두 격자면의 법선 벡터의 합벡터를 계산하고, 상기 합벡터를 정규화(normalization)하는 것인 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치.
According to paragraph 2,
The step of calculating the direction vector of the grid line is,
A grid generation-based flow analysis simulation device that calculates a sum vector of normal vectors of two grid surfaces sharing the grid line and normalizes the sum vector.
상기 경계조건 계산영역을 지정하는 단계는,
이웃한 격자면의 법선 벡터가 이루는 각도가 제1 상수보다 큰 경우 두 격자면을 계산영역으로 지정하고, 공유하는 격자선을 경계 격자선을 지정하는 것인 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치.
According to paragraph 2,
The step of specifying the boundary condition calculation area is,
A flow analysis simulation device based on grid generation that designates two grid surfaces as calculation areas when the angle formed by the normal vector of neighboring grid surfaces is greater than the first constant, and designates the shared grid line as a boundary grid line.
상기 경계층 격자를 생성하는 단계는,
경계조건 계산영역을 추가로 지정하는 단계를 더 포함하고,
상기 경계조건 계산영역을 추가로 지정하는 단계는, 아래의 수식을 만족하는 경우 추가적인 계산영역으로 지정하고, 추가적인 계산영역이 발생하지 않을 때까지 반복하는 것인 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 장치.
격자면의 중심간 거리
추정된 경계층격자 최상면의 중심 간 거리
Const = 비율의 기준값
According to paragraph 2,
The step of generating the boundary layer grid is,
It further includes the step of additionally specifying a boundary condition calculation area,
The step of additionally specifying the boundary condition calculation area is to designate an additional calculation area if the formula below is satisfied and repeating the process until no additional calculation area occurs. Flow analysis simulation device based on grid generation.
Distance between centers of grid planes
Distance between centers of the estimated boundary layer grid top surface
Const = base value of ratio
유동 해석 시뮬레이션을 위하여 해석 대상에 관한 데이터를 입력받는 단계; 및
상기 입력받은 데이터에 기초하여, 물체 경계의 경계층 격자를 생성하는 단계;를 포함하고,
상기 경계층 격자를 생성하는 단계는, 상기 물체 경계의 법선 벡터를 계산한 후, 상기 법선 벡터를 기초로 평활화 법선 벡터와 확산 방정식을 이용하여 경계층 격자를 생성하는 것인 격자 생성 기반의 유동 해석 시뮬레이션 방법.
A flow analysis simulation method performed in a grid generation-based flow analysis simulation device,
Receiving data on an analysis object for flow analysis simulation; and
A step of generating a boundary layer grid of an object boundary based on the input data,
The step of generating the boundary layer grid includes calculating the normal vector of the object boundary and then generating the boundary layer grid using a smoothed normal vector and a diffusion equation based on the normal vector. A flow analysis simulation method based on grid generation. .
상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 경우,
유동 해석 시뮬레이션을 위하여 해석 대상에 관한 데이터를 입력받고,
상기 입력받은 데이터에 기초하여, 물체 경계의 경계층 격자를 생성하고, 상기 경계층 격자에 기초하여 상기 유동 해석 시뮬레이션을 수행하도록 하는 명령어들의 시퀀스를 포함하고,
상기 경계층 격자의 생성은,
상기 물체 경계의 법선 벡터를 계산한 후, 상기 법선 벡터를 기초로 평활화 법선 벡터와 확산 방정식을 이용하여 경계층 격자를 생성하도록 하는 명령어들의 시퀀스를 포함하는 것인 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored in a computer-readable recording medium containing a sequence of instructions for performing grid generation-based flow analysis simulation,
When the computer program is executed by a computing device,
For flow analysis simulation, data on the analysis target is input,
A sequence of instructions for generating a boundary layer grid of an object boundary based on the input data and performing the flow analysis simulation based on the boundary layer grid;
The creation of the boundary layer grid is,
A computer program stored in a computer-readable recording medium, comprising a sequence of instructions for calculating a normal vector of the object boundary and then generating a boundary layer grid using a smoothed normal vector and a diffusion equation based on the normal vector.
Priority Applications (1)
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