KR20090069604A - Method for 2d finite element numerical analysis of fluid flow with cdg method - Google Patents

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Abstract

A 2D finite element numerical analysis method of fluid flow using a CDG method is provided to exactly simulate fluid flow of various types generated under various conditions. Basic data including topographical coordinates, an initial value, an illumination coefficient, a boundary condition, a boundary value, a time unit, and a calculation time interval of nodal points configuring an element are inputted(S10). A direction of a normal vector of a waterway sidewall required when an action boundary condition of the waterway sidewall is set is calculated(S20). A matrix induced by applying a finite element scheme based on each element is configured(S40). A matrix list configuring a column and a row of an element matrix is written(S50).

Description

CDG 기법을 적용한 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법{Method for 2D Finite Element Numerical Analysis of Fluid Flow with CDG Method}Method for 2D Finite Element Numerical Analysis of Fluid Flow with CDG Method

본 발명은 수공학 분야에 관한 것으로서, 하천과 같은 유체의 흐름을 2차원 유한요소를 기준으로 해석하기 위한 수치해석 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of hydraulic engineering, and more particularly, to a numerical analysis method for analyzing a flow of a fluid such as a river based on a two-dimensional finite element.

유체 흐름의 수치해석을 위해 적용할 수 있는 수치기법은 크게 유한차분법, 유한체적법, 유한요소법이 있다.Digitization method that can be applied for numerical analysis of fluid flow is largely finite difference method, finite volume method, finite element method.

유한차분법 및 유한체적법에서는 불연속적 유체 흐름의 수치진동의 문제점을 해결하기 위해 인공적인 점성항을 지배방정식에 추가하고, 수치적인 불안정성을 억제하기 위해서 수많은 수치해석 기법을 발전시켜왔다.In the finite-difference and finite volume methods, artificial viscous terms have been added to the governing equations to solve the problem of numerical vibration of discontinuous fluid flow, and numerous numerical techniques have been developed to suppress the numerical instability.

그럼에도 불구하고 유한차분법이나 유한체적법은 자연하천에 적용했을 때 격자구성이 매끄럽지 못하며, 모의 대상에 따라 변수를 검정해야 하는 등의 단점이 존재한다.Nevertheless, the finite difference method or finite volume method does not have smooth lattice structure when applied to natural rivers, and there are disadvantages such as the need to test variables according to the simulation object.

좌표변환을 실시하여 복잡한 형상의 수로에 적용하기 위한 시도가 있지만, 이산화 방정식이 복잡해지고 시간이 많이 소요되는 단점이 존재한다.Attempts have been made to apply coordinate transformations to complex shaped channels, but there are disadvantages that the discretization equations become complicated and time consuming.

유한요소법은 유한차분법이나 유한체적법에 비해서 삼각요소나 사각요소를 사용함으로써 보다 매끄러운 형태의 격자망을 구성할 수 있는 장점이 있다.The finite element method has an advantage that a triangular element or a square element can be used to form a smoother grid than the finite difference method or the finite volume method.

또한 동일 대상에 대해서 모의 결과를 비교했을 때, 차분법이나 체적법에 비해서 수치적인 정확도와 계산 시간에 있어서도 월등한 것으로 알려져 있다.Moreover, when comparing simulation results with the same object, it is known to be superior in numerical accuracy and calculation time compared with the difference method and the volume method.

2차원 흐름 지배방정식을 사용하여 전통적인 유한요소법을 적용했을 때 유한차분법이나 유한체적법과 마찬가지로 수치진동의 문제가 발생할 수 있다. When the traditional finite element method is applied using the two-dimensional flow governing equations, the problems of numerical vibration can occur like the finite difference method or the finite volume method.

현재 국내 수공학 분야에서 대표적으로 사용되고 있는, 초보적이고 전통적인 유한요소기법을 적용한, 2차원 유한요소 흐름모형인 미공병단의 SMS-RMA2 모형은 점변류나 급변류, 사류에 적용될 경우 수치진동의 문제가 발생하여 명확하지 못한 수치해를 산출한다.The SMS-RMA2 model of the US Corps of Engineers, a two-dimensional finite element flow model applied with the elementary and traditional finite element technique, which is currently used in the field of hydraulic engineering in Korea, causes numerical vibration problems when applied to point currents, rapid currents, and currents. Yields a numerical solution that is not obvious.

따라서, 복잡하고 불연속적인 유체 흐름을 모의할 수 있는 새로운 2차원 유한요소 수치해석 방법의 필요성이 존재한다.Thus, there is a need for a new two-dimensional finite element numerical method that can simulate complex and discontinuous fluid flows.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하천에서 발생하는 불연속 흐름, 즉 지금까지는 수치 모의가 불가능하였던 다양한 조건에서 발생하는 다양한 형태의 유체 흐름을 정확하게 모의할 수 있는 불연속적인 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, a discontinuous flow that occurs in the river, that is, a discontinuous fluid flow that can accurately simulate the various types of fluid flow that occurs in a variety of conditions that were not possible to simulate so far Its purpose is to provide a two-dimensional finite element numerical analysis method of.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 각 요소를 구성하는 다수의 절점의 지형좌표, 초기값, 조도계수, 경계조건, 경계값, 시간단위, 계산 시간 간격을 포함하는 기본자료를 입력받는 기본자료 입력단계; 수로 측벽의 활동경계조건을 설정할 때 요구되는 수로 측벽의 법선벡터의 방향을 계산하는 법선 방향 계산 단계; 시간에 대한 편미분항을 이산화시켜 음해법을 적용할 때 전단계 시간준위에서 계산된 해를 갱신하는 β 계산 단계; 상기 각 요소를 기준으로 유한요소기법을 적용하여 유도되는 행렬을 구성하는 요소행렬 구성 단계; 요소행렬의 행과 열을 구성하는 행렬 목록을 작성하는 행렬 목록 작성 단계;를 포함하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법을 제시한다.In order to achieve the object described above, the present invention inputs basic data including topographic coordinates, initial values, roughness coefficients, boundary conditions, boundary values, time units, and calculation time intervals of a plurality of nodes constituting each element. Receiving basic data input step; A normal direction calculation step of calculating a direction of a normal vector of the channel side wall required when setting an active boundary condition of the channel side wall; Β calculation step of discretizing partial derivatives of time and updating the solution calculated at the previous time level when applying the negative solution method; An element matrix constructing step of constructing a matrix derived by applying a finite element method based on each element; It proposes a two-dimensional finite element numerical analysis method of the fluid flow, including; matrix list creation step of preparing a matrix list constituting the rows and columns of the element matrix.

상기 법선 방향 계산 단계는 수학식 1에 의해 계산되는 것이 바람직하다.The normal direction calculation step is preferably calculated by the equation (1).

상기 β 계산 단계는 수학식 2 내지 4에 의해 계산되는 것이 바람직하다.The β calculation step is preferably calculated by the equations (2) to (4).

(여기서, n은 이미 알고 있는 시간준위, n + 1은 미지의 시간준위, θ는 음해도(implicitness)를 나타내는 매개변수, U는 수심과 유량성분, Δt는 시간준위)(Where n is the known time level, n + 1 is the unknown time level, θ is the parameter representing implicitness, U is the depth and flow rate component, and Δt is the time level)

상기 n = 0일 경우, β1 = αU0을 적용하는 것이 바람직하다.When n = 0, it is preferable to apply β 1 = αU 0 .

상기 요소행렬 구성 단계는 정규화 좌표축 ξ, η로 표현되는 가우스 점에 대해서 공간좌표, 수심, 유량 등의 변수 내삽 및 수심, 유량, 형상함수의 공간도함수에 관한 내삽을 계산하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.The step of constructing the element matrix includes calculating interpolation of variables such as spatial coordinates, depth, and flow rate and interpolation of the spatial derivatives of depth, flow rate, and shape function with respect to Gauss points represented by normalized coordinate axes ξ and η. desirable.

상기 요소행렬 구성 단계는 수학식 8 내지 수학식 9에 의해 Δx, Δy를 계산하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the element matrix constructing step includes calculating Δx and Δy by Equations 8 to 9.

상기 요소행렬 구성 단계는 수학식 10 내지 13에 의해 상향가중행렬을 계산하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the element matrix constructing step includes calculating an up-weighted matrix by Equations 10 to 13.

상기 요소행렬 구성 단계는 수학식 14 내지 16에 의해 E 1 , E 2 , E 3 를 계산하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.The element matrix constructing step may include calculating E 1 , E 2 , and E 3 by Equations 14 to 16.

상기 요소행렬 구성 단계는 수학식 7에 의해 f i 를 계산하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the element matrix constructing step includes calculating f i by Equation 7.

상기 요소행렬 구성 단계는 상기 fi를 이용하여 수학식 6의 행렬을 구성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.The element matrix constructing step may include constructing a matrix of Equation 6 using the fi.

상기 요소행렬 구성 단계는 상기 하나의 요소 내에서 모든 가우스 점에 대해서 상기 모든 단계를 수행한 후, 활동 경계로 지정된 상기 절점에서는 수학식 17 내지 18에 의해 좌표변환을 수행하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.The step of constructing the element matrix includes the step of performing the coordinate transformation by Equations 17 to 18 at the node designated as the activity boundary after performing all the steps for all Gaussian points in the one element. desirable.

요소행렬을 전체행렬로 취합하는 과정에서 상기 절점 기준이 아닌 요소 기준을 사용하기 위해서, 요소구성 상기 절점의 마지막 위치를 평가하고, 행렬목록을 작성한 후, 상기 행렬목록에 따른 전체행렬로 취합한 후 피벗행을 작성함으로써, 계산 시간을 줄이고 메모리 등의 저장공간을 줄이는 것이 바람직하다.In order to use the element criterion rather than the nodal criterion in the process of collecting the element matrix into the entire matrix, the final position of the element configuration node is evaluated, a matrix list is prepared, and then the total matrix according to the matrix list is collected. By creating pivot rows, it is desirable to reduce computation time and reduce storage such as memory.

상기 각 요소를 구성하는 절점의 배열정보를 평가하는 단계; 각각의 상기 요소행렬이 전체행렬로 취합된 후 피벗 행을 평가하여 저장하는 피벗행 작성 단계; 모든 상기 요소에 대해 피벗행 작성을 완료한 후 후치환 과정을 통해 수심과 유량성분을 계산하는 수심과 유량성분 계산 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.Evaluating arrangement information of nodes constituting each element; A pivot row creating step of evaluating and storing pivot rows after each of the element matrices is collected as a whole matrix; Depth and flow rate calculation step of calculating the depth and flow rate component through the post-substitution process after completing the pivot row for all the above elements; It is preferable to further include.

상기 수심과 유량성분 계산 단계 이후, 전단계와 비교했을 때 수렴범위에 들면 새로운 시간준위에서의 수심과 유량성분을 계산하여 주어진 시간범위에 도달했을 때 종료하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.After the step of calculating the depth and flow rate component, compared to the previous step, the depth and flow rate component at a new time level when the convergence range is calculated and ends when the given time range is reached; preferably includes.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 각 요소를 구성하는 다수의 절점의 지형좌표, 초기값, 조도계수, 경계조건, 경계값, 시간단위, 계산 시간 간격을 포함하는 기본자료를 입력받고, 상기 각 요소를 구성하는 절점의 배열정보를 평가하는 단계; 수로 측벽의 활동경계조건을 설정할 때 요구되는 수로 측벽의 법선벡터의 방향을 계산하는 법선 방향 계산 단계; 시간에 대한 편미분항을 이산화시켜 음해법을 적용할 때 전단계 시간준위에서 계산된 해를 갱신하는 β 계산 단계; 상기 각 요소를 기준으로 유한요소기법을 적용하여 유도되는 행렬을 구성하는 요소행렬 구성 단계; 요소행렬의 행과 열을 구성하는 행렬 목록을 작성하는 행렬 목록 작성 단계; 각각의 상기 요소행렬이 전체행렬로 취합된 후 피벗 행을 평가하여 저장하는 피벗행 작성 단계; 모든 요소에 대해 피벗행 작성을 완료한 후 후치환 과정을 통해 수심과 유량성분을 계산하는 수심과 유량성분 계산 단계; 전단계 와 비교했을 때 수렴범위에 들면 새로운 시간준위에서의 수심과 유량성분을 계산하여 주어진 시간범위에 도달했을 때 종료하는 단계;를 포함하여 이루어진 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법을 제시한다.As another means for achieving the above object, the present invention provides a basic data including topographic coordinates, initial values, roughness coefficients, boundary conditions, boundary values, time units, calculation time intervals of a plurality of nodes constituting each element. Receiving input and evaluating arrangement information of nodes constituting each element; A normal direction calculation step of calculating a direction of a normal vector of the channel side wall required when setting an active boundary condition of the channel side wall; Β calculation step of discretizing partial derivatives of time and updating the solution calculated at the previous time level when applying the negative solution method; An element matrix constructing step of constructing a matrix derived by applying a finite element method based on each element; A matrix list generating step of preparing a matrix list constituting rows and columns of the element matrix; A pivot row creating step of evaluating and storing pivot rows after each of the element matrices is collected as a whole matrix; Depth and flow rate calculation step of calculating the depth and flow rate component through post-substitution process after completing the pivot row for all elements; Comparing with the previous step, we propose a two-dimensional finite element numerical analysis method of the fluid flow, including; the step of calculating the depth and flow rate components at the new time level and ending when the given time range is reached.

상기 법선 방향 계산 단계는 수학식 1에 의해 계산되는 것이 바람직하다.The normal direction calculation step is preferably calculated by the equation (1).

상기 β 계산 단계는 수학식 2 내지 4에 의해 계산되는 것이 바람직하다.The β calculation step is preferably calculated by the equations (2) to (4).

상기 n = 0일 경우, β1 = αU0을 적용하는 것이 바람직하다.When n = 0, it is preferable to apply β 1 = αU 0 .

상기 요소행렬 구성 단계는 정규화 좌표축 ξ, η로 표현되는 가우스 점에 대해서 공간좌표, 수심, 유량 등의 변수 내삽 및 수심, 유량, 형상함수의 공간도함수에 관한 내삽을 계산하는 단계; 수학식 8 내지 수학식 9에 의해 Δx, Δy를 계산하는 단계; 수학식 10 내지 13에 의해 상향가중행렬을 계산하는 단계; 수학식 14 내지 16에 의해 E 1 , E 2 , E 3 를 계산하는 단계; 수학식 7에 의해 f i 를 계산하는 단계; 상기 fi를 이용하여 수학식 6의 행렬을 구성하는 단계; 상기 하나의 요소 내에서 모든 가우스 점에 대해서 상기 모든 단계를 수행한 후, 활동 경계로 지정된 상기 절점에서는 수학식 17 내지 18에 의해 좌표변환을 수행하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.The step of constructing the element matrix includes calculating interpolation of variables such as spatial coordinates, depth, and flow rate and interpolation of depth, flow rate, and shape function with respect to Gauss points represented by normalized coordinate axes ξ and η; Calculating Δx and Δy by Equations 8 to 9; Calculating an upweighting matrix according to Equations 10 to 13; Calculating E 1 , E 2 , E 3 by Equations 14 to 16; Calculating f i by equation (7); Constructing a matrix of Equation 6 using the fi; After performing all the steps for all the Gaussian points in the one element, and performing the coordinate transformation by the equation (17) to the node designated as the activity boundary; preferably.

본 발명은 하천에서 발생하는 점변류 및 급변류, 그리고 상류 및 사류조건 뿐만 아니라 천이조건에서도 유체 흐름을 안정적이고 정확하게 모의할 수 있는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법을 제공함으로써, 하천 설계, 하천 정비 및 유지 관리, 하천구조물 설계시 안정성 평가, 하천복원에 따른 결과 예측, 홍수량 산정에 따른 결과, 실내 실험 수로 결과 비교 등 현재 수공학 분야에 관련된 모든 2차원 개수로 분야에서 유용하게 사용할 수 있도록 한다.The present invention provides a method for two-dimensional finite element numerical analysis of a fluid flow that can stably and accurately simulate the flow of a stream in a stream as well as in upstream and quadrature conditions as well as in upstream and quadrature conditions. For maintenance and maintenance of rivers, evaluation of stability when designing river structures, prediction of results according to river restoration, results of flood calculations, comparison of indoor experimental channel results, etc. do.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법 과정을 흐름도로 나타낸 도면이며, 도 2는 CDG 기법을 이용한 요소행렬의 작성 과정을 흐름도로 나타낸 도면이다. 도 3 내지 도 6은 이해를 돕기 위한 간단한 유한요소 격자 구성 및 수치해석 과정에서의 행렬목록을 나타내는 도면이며, 이하 이를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.1 is a flowchart illustrating a two-dimensional finite element numerical analysis method flow of a fluid flow according to the present invention, Figure 2 is a flow chart illustrating a process of creating an element matrix using the CDG technique. 3 to 6 are views illustrating a matrix list in a simple finite element lattice construction and numerical analysis process for better understanding, and the present invention will be described with reference to the following.

기본자료 입력 및 절점 배열정보 평가 단계(S10)는 절점의 지형좌표 (x, y, z)와 하나의 요소를 구성하는 절점에 대한 정보 등의 지형자료 및 초기값, 조도계수, 경계조건과 경계값, 그리고 시간단위와 계산 시간간격과 같은 시간정보를 입력받고, 요소를 구성하는 절점에 대한 기본적인 계산을 수행하는 과정이다.Basic data input and node array information evaluation step (S10) includes topographical data such as topographic coordinates ( x , y , z ) of nodes and information about nodes constituting one element, and initial values, roughness coefficients, boundary conditions and boundaries. This is a process of receiving basic values such as values, time units, and calculation time intervals, and performing basic calculations on the nodes that make up elements.

도 3은 총 12개의 절점과 8개의 요소로 구성된 요소격자의 실시예이다.3 is an embodiment of an element grid composed of a total of 12 nodes and 8 elements.

상류유량 경계조건은 1, 2, 3번 절점에, 하류 수위 또는 수심 경계조건은 10, 11, 12번 절점에 설정되었다.The upstream flow boundary conditions are set at nodes 1, 2, and 3, and the downstream water level or depth boundary conditions are set at nodes 10, 11, and 12.

하나의 요소는 사각형 또는 삼각형 모양을 이룰 수 있으며, 1차원 혹은 2차원 격자를 사용하느냐에 따라, 사각형 요소에서는 4절점 또는 8절점, 그리고 삼각형 요소에서는 3절점 또는 6절점을 사용할 수 있다. One element can have a rectangular or triangular shape, and depending on whether you use a one-dimensional or two-dimensional grid, you can use four or eight nodes for the rectangular element and three or six nodes for the triangle element.

요소를 기초로 한 행렬 계산을 위해 요소 구성 절점 중에서 마지막으로 나타나는 절점 위치를 찾아 표시해줄 필요가 있다. For element-based matrix calculations, it is necessary to find and mark the last node position that appears among the element construct nodes.

도 4는 요소 및 절점 배열정보를 입력받은 후, 각 절점이 마지막으로 나타나는 위치에 음수 표시를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating negative display at a position where each node appears last after receiving element and node arrangement information.

법선 방향 계산 단계(S20)는 모의 영역 측벽에 활동경계조건을 설정하였을 경우 법선벡터 방향의 흐름성분을 무시하기 위해서 필요한, 그리고 상류단 유입유량 경계조건 설정시 필요한 법선방향을 계산하는 단계이다.The normal direction calculation step (S20) is a step for calculating the normal direction necessary for ignoring the flow component in the normal vector direction when the active boundary condition is set on the sidewall of the simulation area, and required for setting the upstream inflow flow boundary condition.

도 3의 4, 6, 7, 9 절점은 수로 측벽에 해당한다.4, 6, 7, and 9 nodes in Fig. 3 correspond to the channel sidewalls.

수로 측벽을 따라서 외부로부터의 유체 유입이나 수로 내부에서 외부로의 유체 유출이 발생하지 않고, 측벽과 평행한 방향으로의 흐름만 존재하는 활동 경계조건이나 측벽에서는 유체 흐름이 존재하지 않는 비활동 경계조건을 설정할 수 있다.An active boundary condition in which no fluid inflow from the outside along the channel sidewall or an outflow of fluid from the interior of the channel occurs, but only a flow in a direction parallel to the sidewall, or an inactive boundary condition in which no fluid flow exists on the sidewall. Can be set.

비활동 경계조건으로 설정된 경우에는 측벽에서의 흐름성분은 수치계산에서 제외되며, 활동 경계조건을 설정했을 경우에는 측벽과 평행한 접선벡터 방향의 흐름성분만 계산해야 한다.When the inactive boundary condition is set, the flow component at the side wall is excluded from the numerical calculation. When the active boundary condition is set, only the flow component in the direction of the tangent vector parallel to the side wall should be calculated.

또한 도 3의 1, 2, 3 절점에서와 같이 상류에서 유량의 유입이 존재하는 경우에도 상류 경계와 연직 방향으로 유체 유입이 이루어져야만 한다. In addition, even when there is an inflow of the flow upstream, as in nodes 1, 2, and 3 of FIG.

아래의 수학식 1은 경계에 해당하는 절점에서 경계의 바깥 방향을 향하는 법선의 각도를 계산하는 식이다.Equation 1 below calculates the angle of the normal to the outward direction of the boundary at the node corresponding to the boundary.

Figure 112007093126125-PAT00001
Figure 112007093126125-PAT00001

여기서, Φ는 x축 양의 방향과 이루는 반시계 방향으로의 법선방향 각도, Nk는 하나의 요소 내에서 해당 절점 k의 형상함수이며, A는 요소 내에서 면적적분을 의미한다. 단, 하나의 요소로만 구성된 절점이나 모서리를 구성하는 절점, 그리고 적절치 못한 결과를 얻을 수 있는 절점에서는 적절한 법선방향 각도를 사용자가 설정해주어야만 한다.Here, Φ is the normal angle in the counterclockwise direction and the positive direction of the x-axis, N k is the shape function of the node k in one element, A is the area integral in the element. However, for nodes that consist of only one element, nodes that make up edges, and nodes that can produce inadequate results, you must set the appropriate normal angle.

β 계산 단계(S30)는 시간에 대한 편미분항을 이산화시킴으로써 유도되는 아래의 수학식 2 내지 수학식 4로 표현된 미지의 시간준위에서의 미분항에서 전단계 시간준위의 계산 결과를 바탕으로 새로운 β값을 계산하는 과정이다.β calculation step (S30) is a new β value based on the calculation result of the previous stage time level from the derivative term at the unknown time level represented by Equations 2 to 4 below, which is derived by discretizing the partial derivative of time. The process of calculating it.

Figure 112007093126125-PAT00002
Figure 112007093126125-PAT00002

Figure 112007093126125-PAT00003
Figure 112007093126125-PAT00003

Figure 112007093126125-PAT00004
Figure 112007093126125-PAT00004

여기서, n은 이미 알고 있는 시간준위이고, n + 1은 미지의 시간준위를 나타내며, θ는 음해도(implicitness)를 나타내는 매개변수이며, U는 수심과 유량성분을 나타내며, Δt는 시간준위를 나타낸다. Where n is a known time level, n + 1 represents an unknown time level, θ is a parameter representing implicitness, U represents depth and flow rate components, and Δt represents time level .

단, n = 0일 경우에는 β1 = αU0을 적용한다. 수학식3을 이용하여 새로운 시간준위에 들어가기에 앞서서 수심과 유량의 x, y 성분에 대한 β값을 갱신해주는 과정이다.However, when n = 0, β 1 = αU 0 is applied. Using Equation 3, it is the process of updating the β values for the x and y components of the depth and flow rate before entering a new time level.

요소행렬 구성 단계(S40)는 수심 적분된 2차원 흐름방정식에 가중잔차법을 적용하여 유도된 비선형 방정식계의 해를 구하기 위해 수학식 5로 표현된 Newton-Raphson 법을 적용시켰을 때 형성되는 하나의 요소에 의한 행렬을 구성하는 과정이다.The element matrix constructing step (S40) is formed by applying the Newton-Raphson method represented by Equation 5 to solve the nonlinear equation system derived by applying the weighted residual method to the depth-integrated two-dimensional flow equation. The process of constructing a matrix by elements.

Figure 112007093126125-PAT00005
Figure 112007093126125-PAT00005

수학식 5에 의해 하나의 요소를 구성하는 i번째 절점에서 생성되는 행렬은 수학식6과 같이 표현된다.The matrix generated at the i th node constituting one element by Equation 5 is expressed as Equation 6.

Figure 112007093126125-PAT00006
Figure 112007093126125-PAT00006

여기서, 좌변의 행렬은 야코비안 행렬을 표현하며, 우변의 각 성분은 수학식7로 표현된다.Here, the matrix on the left side represents the Jacobian matrix, and each component on the right side is represented by Equation (7).

Figure 112007093126125-PAT00007
Figure 112007093126125-PAT00007

여기서, Ω는 전체 모의영역에서의 적분을 나타내며, Ni는 형상함수, ω는 상향 계수(Upwinding coefficient), 그리고 Δx, Δy는 각각 수학식8과 수학식9로 표현된다.Where i represents the integral in the entire simulation region, N i is a shape function, ω is an upwinding coefficient, and Δx and Δy are represented by Equations 8 and 9, respectively.

Figure 112007093126125-PAT00008
Figure 112007093126125-PAT00008

Figure 112007093126125-PAT00009
Figure 112007093126125-PAT00009

여기서, ξ, η는 정규화 좌표계(normalized local coordinates)에서의 좌표축으로, 사각형 요소에서는 각각 [-1, 1]값을 갖고, 삼각형 요소에서는 [0, 1] 값을 갖는다.Here, ξ and η are coordinate axes in normalized local coordinates, each having a value of [-1, 1] in a rectangular element and a value of [0, 1] in a triangular element.

수학식7에서 Wx, Wy는 x, y방향의 상향가중행렬로서, 아래의 수학식10 내지 13으로 표현되며, 수학식 10 내지 수학식 11로 표현되는 상향가중행렬 계산 기법을 CDG기법이라 칭한다.In Equation 7, W x and W y are up-weighted matrices in the x and y directions, and are represented by Equations 10 to 13 below, and an up-weighted matrix calculation technique represented by Equations 10 to 11 is called CDG. It is called.

Figure 112007093126125-PAT00010
Figure 112007093126125-PAT00010

Figure 112007093126125-PAT00011
Figure 112007093126125-PAT00011

Figure 112007093126125-PAT00012
Figure 112007093126125-PAT00012

Figure 112007093126125-PAT00013
Figure 112007093126125-PAT00013

여기서, g는 중력가속도, h는 수심, p와 q는 각각 x, y 유량 성분을 나타낸다. 수학식 10 내지 수학식 11에서 제곱근의 역행렬은 Cayley-Hamilton 정리를 이용하여 계산될 수 있다.Where g is gravity acceleration, h is depth, and p and q are the x and y flow rate components, respectively. In Equations 10 to 11, the inverse of the square root may be calculated using Cayley-Hamilton's theorem.

수학식7에서 벡터 E = [E1 E2 E3]T는 시간에 대한 편미분항에 수학식 2를 적용시킨 흐름 지배방정식으로써 아래의 수학식 14 내지 수학식 16으로 표현된다.In Equation 7, the vector E = [E 1 E 2 E 3 ] T is a flow governing equation in which Equation 2 is applied to a partial derivative of time, and is represented by Equations 14 to 16 below.

Figure 112007093126125-PAT00014
Figure 112007093126125-PAT00014

Figure 112007093126125-PAT00015
Figure 112007093126125-PAT00015

Figure 112007093126125-PAT00016
Figure 112007093126125-PAT00016

(여기서, νt는 난류 동점성 계수, zb는 하상고)(Where ν t is the turbulent kinematic coefficient and z b is the riverbed)

요소행렬 구성 단계(S40)를 도2를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.The element matrix constructing step S40 will now be described with reference to FIG. 2.

정규화 좌표축 ξ, η로 표현되는 가우스 점에 대해서 공간좌표, 수심, 유량 등의 변수 내삽 및 수심, 유량, 형상함수의 공간도함수에 관한 내삽을 계산하고(S41), 수학식 8 내지 수학식 9로 표현되는 Δx, Δy를 계산한다(S42).For the Gaussian points represented by the normalized coordinate axes ξ and η, interpolation of variables such as spatial coordinates, depth, and flow rate, and interpolation about the spatial derivative of the depth, flow rate, and shape function is calculated (S41). Δx and Δy expressed are calculated (S42).

수학식 10 내지 13으로 표현되는 상향가중행렬을 계산하고(S43), 수학식 14 내지 16으로 표현된 E 1 , E 2 , E 3 를 계산하고(S44), 수학식 7로 표현되는 수학식 6의 우변 f i 를 계산하고(S45), 수학식 6의 좌변 야코비안 행렬을 구성한다(S46).Calculate the up-weighted matrix represented by Equations 10 to 13 (S43), calculate E 1 , E 2 , E 3 represented by Equations 14 to 16 (S44), and Equation 6 represented by Equation 7 The right side f i is calculated (S45), and the left-side Jacobian matrix of Equation 6 is formed (S46).

하나의 요소 내에서 모든 가우스 점에 대해서 위의 모든 단계를 수행한 후, 활동 경계로 지정된 절점에서는 아래의 수학식 17 내지 18로 표현되는 좌표변환을 수행한다(S47).After performing all the above steps for all the Gaussian points in one element, the coordinate transformation represented by Equations 17 to 18 below is performed at the node designated as the activity boundary (S47).

Figure 112007093126125-PAT00017
Figure 112007093126125-PAT00017

Figure 112007093126125-PAT00018
Figure 112007093126125-PAT00018

행렬 목록 작성 단계(S50)는 요소행렬 구성단계(S40)를 통해 작성된 행렬의 행과 열의 목록을 작성하는 과정이다.The matrix list preparing step S50 is a process of creating a list of rows and columns of the matrix created through the element matrix constructing step S40.

도 5는 도 3의 요소에 대한 행렬목록 작성의 예이다. 5 is an example of creating a matrix list for the element of FIG.

각 절점마다 계산해야 하는 변수는 수심(h), 유량의 x, y 성분(p, q) 3개 또는 수심, 유량의 법선과 접선방향 성분(qn, qs) 3개이므로 각 절점당 행렬목록의 개수도 3배수만큼 증가하며, h, p, q 또는 h, qn, qs 순서로 배열한다.The variables that need to be calculated for each node are the depth (h), the x, y components (p, q) of the flow rate, or the depth, the normal and the tangential components (q n , q s ) of the flow rate, so the matrix per node The number of lists is also increased by a factor of three, arranged in the order h, p, q or h, q n , q s .

피벗행 작성 단계(S60)는 요소행렬 구성 단계(S40)단계에서 계산된 요소행렬과 행렬 목록 작성 단계(S50)에서 작성된 행렬 목록을 이용하여 전체행렬로 취합한 후에 피벗과정을 통해 피벗행을 작성하는 과정이다. Pivot row creation step (S60) collects the entire matrix using the element matrix calculated in the element matrix construction step (S40) and the matrix list created in the matrix list creation step (S50), and then creates a pivot row through the pivot process. That's the process.

각각의 요소행렬을 전체행렬로 취합하는 과정에서 경계조건으로 주어진 절점의 변수가 차지하는 행과 열을 소거시켜야 하며, 행렬 목록 중에서 음수로 지정된 성분값 중 가장 큰 값을 피벗으로 설정하여 피벗행을 작성한 후, 피벗 행과 열을 전체행렬에서 제거시킨다.In the process of collecting each element matrix as an entire matrix, the rows and columns occupied by the variables of the nodes given as boundary conditions must be erased. The pivot row is created by setting the largest of the negative component values in the matrix list to pivot. After that, remove the pivot rows and columns from the entire matrix.

도 6은 도 3의 요소를 전체행렬에 취합시키는 과정을 나타내는 예이다. 6 is an example illustrating a process of combining the elements of FIG. 3 into an entire matrix.

요소 1을 전체행렬에 취합했을 때 -2, -3으로 나타나는 행렬목록은 절점 1에서 경계조건으로 지정된 변수에 해당하기 때문에, 해당하는 행과 열을 전체행렬에서 소거시킨다. When factor 1 is combined into the entire matrix, the matrix list represented by -2 and -3 corresponds to the variable specified as the boundary condition at node 1, so the corresponding rows and columns are deleted from the entire matrix.

행렬목록 -1에 해당하는 행렬의 성분을 피벗으로 설정하여 피벗행을 따로 저장한 후, 전체행렬에서 소거시킨다. Set the components of the matrix corresponding to matrix list -1 to pivot, save the pivot rows separately, and then delete them from the entire matrix.

요소 2를 전체행렬에 취합시킬 때에는 절점 2와 5에 해당하는 행렬목록이 이미 전체 행렬에 존재하므로, 해당 위치에 요소행렬을 더해주기만 하면 된다. When element 2 is combined into an entire matrix, the matrix list corresponding to nodes 2 and 5 already exists in the entire matrix, so all you have to do is add an element matrix at that position.

-5와 -6에 해당하는 변수는 경계조건에 해당하기 때문에 전체행렬에서 소거시켜주며, -4 성분을 피벗으로 설정하여 피벗행을 따로 저장한 후, 전체행렬에서 소거시킨다. Since -5 and -6 variables correspond to the boundary conditions, they are erased from the entire matrix, and the -4 component is set to pivot to store the pivot rows separately and then to delete them from the entire matrix.

동일한 과정을 모든 요소 취합과정에서 행하며, 결국 경계조건으로 설정되지 않은 모든 변수에 대해서 피벗을 수행하게 된다.The same process is performed for all element collections, and eventually pivots on all variables that are not set as boundary conditions.

이와 같이 단계 S40부터 S60까지의 과정을 모든 요소에 대해서 반복하여 피벗행을 얻게 된다.In this way, the processes from steps S40 to S60 are repeated for all elements to obtain a pivot row.

수심과 유량성분 계산 단계(S70)는 피벗행 작성 단계(S60)로부터 얻은 피벗 행들을 이용하여 각 절점에서의 수심과 유량의 x, y 성분을 계산하는 과정이다. The depth and flow rate component calculation step S70 is a process of calculating the x and y components of the depth and flow rate at each node using the pivot rows obtained from the pivot row creation step S60.

피벗행들은 결국 요소행렬을 취합한 후 가우스소거법 등을 이용하여 생성되는 윗삼각행렬에 해당하기 때문에, 제일 마지막 피벗행부터 후방대입법을 통해서 해를 구할 수 있게 된다.Since the pivot rows are the upper triangular matrices that are generated by using the Gaussian elimination method after collecting the element matrices, the solution can be obtained through the backward substitution method from the last pivot row.

새롭게 계산된 해와 전단계에서의 해 사이의 차이값의 최대값이 입력값으로 주어진 수렴값보다 크면, 단계 S40부터 S70까지의 과정을 반복하여 새로운 해를 계산해낸다. If the maximum value of the difference between the newly calculated solution and the solution in the previous step is larger than the convergence value given as the input value, the process from steps S40 to S70 is repeated to calculate a new solution.

새롭게 계산된 해와 전단계에서의 해 사이의 차이값이 수렴값보다 작다면, 해당 시간에서의 계산을 종료하고, 다음 시간준위로 이동하여 단계 S30부터 S70까지의 과정을 반복하여, 최종 시간에 이르면, 계산이 종료(S80)된다.If the difference between the newly calculated solution and the solution in the previous step is smaller than the convergence value, the calculation at the corresponding time is terminated, the process moves to the next time level and the steps S30 to S70 are repeated, and when the final time is reached, The calculation is finished (S80).

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 CDG 기법을 적용한 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법에 대해 구체적이고 특정적으로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.In the above description of the present invention, the two-dimensional finite element numerical analysis method of the fluid flow using the CDG technique has been described in detail and specifically, but the present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art. Should be construed as falling within the protection scope of the present invention.

도 1 내지 6은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면으로서,1 to 6 are views for explaining an embodiment of the present invention,

도 1은 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법 과정의 흐름도.1 is a flow diagram of a two-dimensional finite element numerical method procedure of a fluid flow.

도 2는 CDG 기법을 이용한 요소행렬의 작성 과정의 흐름도.2 is a flowchart illustrating a process of creating an element matrix using a CDG technique.

도 3 내지 6은 유한요소 격자 구성 및 수치해석 과정에서의 행렬목록을 나타내는 도면.3 to 6 are diagrams showing matrix lists in a finite element lattice construction and numerical analysis process.

Claims (19)

각 요소를 구성하는 다수의 절점의 지형좌표, 초기값, 조도계수, 경계조건, 경계값, 시간단위, 계산 시간 간격을 포함하는 기본자료를 입력받는 기본자료 입력단계;A basic data input step of receiving basic data including topographic coordinates, initial values, roughness coefficients, boundary conditions, boundary values, time units, and calculation time intervals of a plurality of nodes constituting each element; 수로 측벽의 활동경계조건을 설정할 때 요구되는 수로 측벽의 법선벡터의 방향을 계산하는 법선 방향 계산 단계; A normal direction calculation step of calculating a direction of a normal vector of the channel side wall required when setting an active boundary condition of the channel side wall; 시간에 대한 편미분항을 이산화시켜 음해법을 적용할 때 전단계 시간준위에서 계산된 해를 갱신하는 β 계산 단계; Β calculation step of discretizing partial derivatives of time and updating the solution calculated at the previous time level when applying the negative solution method; 상기 각 요소를 기준으로 유한요소기법을 적용하여 유도되는 행렬을 구성하는 요소행렬 구성 단계; An element matrix constructing step of constructing a matrix derived by applying a finite element method based on each element; 요소행렬의 행과 열을 구성하는 행렬 목록을 작성하는 행렬 목록 작성 단계;를 포함하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.A matrix list creation step of creating a matrix list constituting the rows and columns of the element matrix; 2D finite element numerical analysis method of a fluid flow comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 법선 방향 계산 단계는 수학식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.The normal direction calculation step is a two-dimensional finite element numerical method of fluid flow, characterized in that calculated by Equation 1. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 β 계산 단계는The β calculation step 수학식 2 내지 4에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.A two-dimensional finite element numerical analysis method of a fluid flow, characterized in that calculated by equations (2) to (4). 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 n = 0일 경우, β1 = αU0을 적용하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.2 n finite element numerical analysis method of fluid flow, characterized in that when n = 0, β 1 = αU 0 . 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 요소행렬 구성 단계는 The element matrix construction step 정규화 좌표축 ξ, η로 표현되는 가우스 점에 대해서 공간좌표, 수심, 유량 등의 변수 내삽 및 수심, 유량, 형상함수의 공간도함수에 관한 내삽을 계산하는 단계;를Calculating interpolation of variables such as spatial coordinates, depth, and flow rate and interpolation of depth, flow rate, and shape function with respect to Gauss points represented by normalized coordinate axes ξ and η; 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.A two-dimensional finite element numerical method of fluid flow comprising a. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 요소행렬 구성 단계는 The element matrix construction step 수학식 8 내지 수학식 9에 의해 Δx, Δy를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.Computing Δx, Δy by the equations (8) to (9); two-dimensional finite element numerical analysis method of a fluid flow comprising a. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 요소행렬 구성 단계는 The element matrix construction step 수학식 10 내지 13에 의해 상향가중행렬을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.Computing the up-weighted matrix by the equation (10 to 13); two-dimensional finite element numerical analysis method of the fluid flow comprising a. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 요소행렬 구성 단계는 The element matrix construction step 수학식 14 내지 16에 의해 E 1 , E 2 , E 3 를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.Computing E 1 , E 2 , E 3 by Equation 14 to 16; a two-dimensional finite element numerical analysis method of a fluid flow comprising a. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 요소행렬 구성 단계는 The element matrix construction step 수학식 7에 의해 f i 를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.Computing f i by the equation (7); two-dimensional finite element numerical analysis method of a fluid flow comprising a. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 요소행렬 구성 단계는 The element matrix construction step 상기 fi를 이용하여 수학식 6의 행렬을 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.Comprising the step of constructing the matrix of the equation (6) using the fi; 2D finite element numerical analysis method of the fluid flow comprising a. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 요소행렬 구성 단계는 The element matrix construction step 상기 하나의 요소 내에서 모든 가우스 점에 대해서 상기 모든 단계를 수행한 후, 활동 경계로 지정된 상기 절점에서는 수학식 17 내지 18에 의해 좌표변환을 수행하는 단계;를After performing all the steps for all Gaussian points in the one element, performing coordinate transformation by Equations 17 to 18 at the node designated as an activity boundary; 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.A two-dimensional finite element numerical method of fluid flow comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 요소행렬을 전체행렬로 취합하는 과정에서 상기 절점 기준이 아닌 요소 기준을 사용하기 위해서, 요소구성 상기 절점의 마지막 위치를 평가하고, 행렬목록을 작성한 후, 상기 행렬목록에 따른 전체행렬로 취합한 후 피벗행을 작성함으로써, 계산 시간을 줄이고 메모리 등의 저장공간을 줄이는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.In order to use the element criterion rather than the nodal criterion in the process of collecting the element matrix into the entire matrix, the final position of the element configuration node is evaluated, a matrix list is prepared, and then the total matrix according to the matrix list is collected. A two-dimensional finite element numerical analysis method of a fluid flow characterized by reducing a calculation time and a storage space such as a memory by creating a pivot row. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 각 요소를 구성하는 절점의 배열정보를 평가하는 단계; Evaluating arrangement information of nodes constituting each element; 각각의 상기 요소행렬이 전체행렬로 취합된 후 피벗 행을 평가하여 저장하는 피벗행 작성 단계; A pivot row creating step of evaluating and storing pivot rows after each of the element matrices is collected as a whole matrix; 모든 상기 요소에 대해 피벗행 작성을 완료한 후 후치환 과정을 통해 수심과 유량성분을 계산하는 수심과 유량성분 계산 단계;를Depth and flow rate calculation step of calculating the depth and flow rate component through post-substitution process after completing the pivot row for all the elements; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.The two-dimensional finite element numerical analysis method of the fluid flow further comprising. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 수심과 유량성분 계산 단계 이후,After the depth and flow rate calculation step, 전단계와 비교했을 때 수렴범위에 들면 새로운 시간준위에서의 수심과 유량성분을 계산하여 주어진 시간범위에 도달했을 때 종료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.Comparing with the previous step in the convergence range, calculating the depth and flow rate components at a new time level and ending when the given time range; comprising a two-dimensional finite element numerical analysis method of a fluid flow comprising a. 각 요소를 구성하는 다수의 절점의 지형좌표, 초기값, 조도계수, 경계조건, 경계값, 시간단위, 계산 시간 간격을 포함하는 기본자료를 입력받고, 상기 각 요소를 구성하는 절점의 배열정보를 평가하는 단계; It receives basic data including topographic coordinates, initial value, roughness coefficient, boundary condition, boundary value, time unit, and calculation time interval of a plurality of nodes constituting each element, and obtains array information of nodes constituting each element. Evaluating; 수로 측벽의 활동경계조건을 설정할 때 요구되는 수로 측벽의 법선벡터의 방향을 계산하는 법선 방향 계산 단계; A normal direction calculation step of calculating a direction of a normal vector of the channel side wall required when setting an active boundary condition of the channel side wall; 시간에 대한 편미분항을 이산화시켜 음해법을 적용할 때 전단계 시간준위에서 계산된 해를 갱신하는 β 계산 단계; Β calculation step of discretizing partial derivatives of time and updating the solution calculated at the previous time level when applying the negative solution method; 상기 각 요소를 기준으로 유한요소기법을 적용하여 유도되는 행렬을 구성하는 요소행렬 구성 단계; An element matrix constructing step of constructing a matrix derived by applying a finite element method based on each element; 요소행렬의 행과 열을 구성하는 행렬 목록을 작성하는 행렬 목록 작성 단계;A matrix list generating step of preparing a matrix list constituting rows and columns of the element matrix; 각각의 상기 요소행렬이 전체행렬로 취합된 후 피벗 행을 평가하여 저장하는 피벗행 작성 단계; A pivot row creating step of evaluating and storing pivot rows after each of the element matrices is collected as a whole matrix; 모든 요소에 대해 피벗행 작성을 완료한 후 후치환 과정을 통해 수심과 유량성분을 계산하는 수심과 유량성분 계산 단계; Depth and flow rate calculation step of calculating the depth and flow rate component through post-substitution process after completing the pivot row for all elements; 전단계와 비교했을 때 수렴범위에 들면 새로운 시간준위에서의 수심과 유량성분을 계산하여 주어진 시간범위에 도달했을 때 종료하는 단계;를 포함하여 이루어진 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.Comparing with the previous step in the convergence range, calculating the depth and flow rate component at the new time level and ending when the given time range; comprising a two-dimensional finite element numerical analysis method of the fluid flow. 제15항에 있어서, The method of claim 15, 상기 법선 방향 계산 단계는 수학식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.The normal direction calculation step is a two-dimensional finite element numerical method of fluid flow, characterized in that calculated by Equation 1. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 β 계산 단계는The β calculation step 수학식 2 내지 4에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.A two-dimensional finite element numerical analysis method of a fluid flow, characterized in that calculated by equations (2) to (4). 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 n = 0일 경우, β1 = αU0을 적용하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.2 n finite element numerical analysis method of fluid flow, characterized in that when n = 0, β 1 = αU 0 . 제15항에 있어서, The method of claim 15, 상기 요소행렬 구성 단계는 The element matrix construction step 정규화 좌표축 ξ, η로 표현되는 가우스 점에 대해서 공간좌표, 수심, 유량 등의 변수 내삽 및 수심, 유량, 형상함수의 공간도함수에 관한 내삽을 계산하는 단계;Calculating interpolation of variables such as spatial coordinates, depth, and flow rate and interpolation of depth, flow rate, and shape function with respect to Gauss points represented by normalized coordinate axes ξ and η; 수학식 8 내지 수학식 9에 의해 Δx, Δy를 계산하는 단계;Calculating Δx and Δy by Equations 8 to 9; 수학식 10 내지 13에 의해 상향가중행렬을 계산하는 단계;Calculating an upweighting matrix according to Equations 10 to 13; 수학식 14 내지 16에 의해 E 1 , E 2 , E 3 를 계산하는 단계;Calculating E 1 , E 2 , E 3 by Equations 14 to 16; 수학식 7에 의해 f i 를 계산하는 단계;Calculating f i by equation (7); 상기 fi를 이용하여 수학식 6의 행렬을 구성하는 단계;Constructing a matrix of Equation 6 using the fi; 상기 하나의 요소 내에서 모든 가우스 점에 대해서 상기 모든 단계를 수행한 후, 활동 경계로 지정된 상기 절점에서는 수학식 17 내지 18에 의해 좌표변환을 수행하는 단계;를After performing all the steps for all Gaussian points in the one element, performing coordinate transformation by Equations 17 to 18 at the node designated as an activity boundary; 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름의 2차원 유한요소 수치해석 방법.A two-dimensional finite element numerical method of fluid flow comprising a.
KR1020070137318A 2007-12-26 2007-12-26 Method for 2D Finite Element Numerical Analysis of Fluid Flow with CDG Method KR100918245B1 (en)

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