KR20120012249A - Method for Calculating Conservation Variable and Numerical Analysis Method of 2-dimentional Fluid Flow using the Same - Google Patents

Method for Calculating Conservation Variable and Numerical Analysis Method of 2-dimentional Fluid Flow using the Same Download PDF

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KR20120012249A
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Abstract

PURPOSE: A conservation variables constructing method in a finite volume method and a 2D flux flow analysis method are provided to reconstruct a conservation variable in a boundary surface of a calculation lattice. CONSTITUTION: A conservation variable from a time n to n+1 is calculated. The conservation variable of a time n+1 reconstructs the conservation variable based on an area weight, and is obtained by using the conservation variable, an x-direction flux rate and a y-direction flux rate in a boundary surface of a calculation lattice, and a generating term on the calculation lattice(S40). The generating term includes a down slope term and a frictional slope term.

Description

유한체적법에 의한 보존변수 구성 방법 및 이를 이용한 2차원 유체 흐름 해석 방법 {Method for Calculating Conservation Variable and Numerical Analysis Method of 2-dimentional Fluid Flow using the Same}Method for constructing conserved variables by finite volume method and method for analyzing two-dimensional fluid flow using the method {Method for Calculating Conservation Variable and Numerical Analysis Method of 2-dimentional Fluid Flow using the Same}

본 발명은 유한체적법의 보존변수 구성 및 이를 이용한 2차원 유체 흐름 해석 방법에 관한 것으로, 구체적으로 면적가중치를 이용하여 비정형 격자에서도 적용이 가능한 유한체적법의 보존변수 구성 및 이를 이용한 2차원 유체 흐름 해석 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to the construction of a conserved variable of the finite volume method and a method for analyzing two-dimensional fluid flow using the same. It is about an interpretation method.

흐름, 유사, 오염물 해석에 대한 2차원 수치모형 기술은 수치적으로 안정되고 일관된 알고리즘을 필요로 한다. 특히 불연속적인 흐름해석을 위한 유한체적기법을 확장한 새로운 기법들이 연구되어 왔다.Two-dimensional numerical modeling techniques for flow, similarity, and contaminant analysis require numerically stable and consistent algorithms. In particular, new techniques have been studied that extend the finite volume technique for discontinuous flow analysis.

2차원 유한체적 모형의 정확도를 개선하기 위한 MUSCL 기법의 적용은 국내외에서 많은 연구가 이루어져 왔다. 그러나 지금까지 적용된 MUSCL 기법의 대부분은 계산격자와 인접격자의 보존변수를 고려하여 계산된 보존변수를 경계면에 대해 동일하게 배분하거나, 계산격자의 평균폭을 기준으로 동일하게 배분하여 보존변수를 재구성하였다.The application of the MUSCL technique to improve the accuracy of two-dimensional finite volume models has been studied at home and abroad. However, most of the MUSCL techniques applied up to now have reconstructed the conservation variables by allocating the conservation variables calculated in consideration of the conservation variables of the computational grid and the neighboring grid to the interface or by equally distribution based on the average width of the computational grid. .

그러나, 이러한 종래의 방법들은 정형격자에는 정확한 재구성을 구현하는 방법이 될 수 있으나, 비정형격자의 적용에는 한계가 있다.
However, these conventional methods may be a method of implementing an accurate reconstruction on the orthopedic lattice, but there is a limit to the application of the atypical lattice.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 일 목적은, 비정형격자에도 적용이 가능한 유한체적법에 의한 보존변수 구성 방법 및 이를 이용한 2차원 유체 흐름 해석 방법을 제공하는데 있다.One object of an embodiment of the present invention for solving the above problems is to provide a method for constructing a conserved variable by a finite volume method applicable to an atypical lattice and a method for analyzing a two-dimensional fluid flow using the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 다른 목적은, 면적가중치를 이용하여 계산격자의 경계면에서의 보존변수를 재구성할 수 있는 유한체적법에 의한 보존변수 구성 방법 및 이를 이용한 2차원 유체 흐름 해석 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of constructing a conserved variable by a finite volume method capable of reconstructing a conserved variable at a boundary of a calculated lattice using area weights and a method of analyzing a two-dimensional fluid flow using the same. It is.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 목적은, 댐 붕괴 해석 등에 이용될 수 있는 유한체적법에 의한 보존변수 구성 방법 및 이를 이용한 2차원 유체 흐름 해석 방법을 제공하는데 있다.
In addition, an object of the present invention is to provide a method for constructing a conserved variable by a finite volume method and a two-dimensional fluid flow analysis method using the same, which can be used for dam collapse analysis.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석의 보존변수 구성 방법은, 계산격자의 도심을 구하고, 상기 도심을 기준으로 삼각형 소격자를 분할하여 면적 가중치를 구하여, 상기 면적 가중치를 이용하여 경계면에서의 보존변수를 구할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above objects, a method for constructing a conserved variable in a two-dimensional fluid flow analysis by a finite volume method according to an embodiment of the present invention, to obtain the center of the calculation grid, The triangular small lattice may be divided based on, to obtain area weights, and the conservation variable at the interface may be obtained using the area weights.

바람직하게, 면적 가중치는 아래 식에 의해 구할 수 있다.Preferably, the area weight can be obtained by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, ω는 제1 삼각형에서의 면적가중치, a1은 제1 삼각형 면적, a3는 도심을 중심으로 반대측에 위치한 제3 삼각형의 면적이다.Where ω is the area weight value in the first triangle, a 1 is the area of the first triangle, and a 3 is the area of the third triangle located on the opposite side from the center of the city center.

본 발명의 일 실시예에 따른 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법은, n시간에서 n+1시간까지의 보존변수를 계산하며, 상기 n+1시간의 보존변수는, 면적 가중치를 이용하여 보존변수를 재구성하는 단계, 계산격자의 경계면에서의 x방향 흐름율과 y방향 흐름율을 구하는 단계, 상기 계산격자에서 생성항을 구하는 단계, 및 상기 보존변수, x방향 흐름율, y방향 흐름율 및 생성항을 이용하여 n+1 시간의 보존변수를 구하는 단계를 포함한다.In the two-dimensional fluid flow analysis method by the finite volume method according to an embodiment of the present invention, the storage variable from n hours to n + 1 hours is calculated, the storage variable of n + 1 hours, using the area weight Reconstructing the conserved variable, obtaining an x-direction flow rate and a y-direction flow rate at the boundary of the calculation grid, obtaining a generation term from the calculation grid, and the retention variable, an x-direction flow rate, and a y-direction flow Obtaining a conservation variable of n + 1 hours using the rate and generation term.

상기 n+1시간에서의 보존변수는 아래의 수학식에 의해 구할 수 있다.The storage variable at n + 1 hour can be obtained by the following equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Al, Nl은 계산격자 l의 면적, 경계면의 수, Fl ,k, Gl ,k는 k번째 경계면에서의x 및 y방향 흐름율, nl ,k 및 Ll ,k는 계산격자 l의 k번째 경계면의 외향단위벡터 및 경계면의 길이를 나타낸다.Where A l , N l are the area of the computational grid l, the number of interfaces, F l , k , G l , k are the flow rates in the x and y directions at the k th interface, and n l , k and L l , k are It represents the outward unit vector of the kth boundary surface of the calculation grid l and the length of the boundary surface.

상기 생성항은 하상경사항과 마찰경사항을 포함할 수 있다.The generation term may include a bottom diameter matter and a friction diameter matter.

바람직하게, 상기 생성항은 아래의 수학식에 의해 구할 수 있다.Preferably, the generation term can be obtained by the following equation.

Figure pat00003

Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, 1, 2, 3, 4는 계산격자를 구성하고 있는 절점의 순서를 나타낸다.Here, 1, 2, 3, and 4 represent the order of the nodes constituting the computational grid.

바람직하게, 상기 격자구조는 비정형 격자일 수 있다.
Preferably, the lattice structure may be an amorphous lattice.

본 발명의 일 실시예에 따른 유한체적법에 의한 보존변수 구성 방법 및 이를 이용한 2차원 유체 흐름 해석 방법에 의하면, 정형격자와 비정형격자 모두에 적용이 가능한 효과가 있다.According to the method of constructing the conserved variable by the finite volume method and the two-dimensional fluid flow analysis method using the same according to an embodiment of the present invention, there is an effect that can be applied to both orthopedic lattice and atypical lattice.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유한체적법에 의한 보존변수 구성 방법 및 이를 이용한 2차원 유체 흐름 해석 방법에 의하면, 면적가중치를 이용하여 계산격자의 경계면에서의 보존변수를 재구성할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the method of constructing the storage variable by the finite volume method and the two-dimensional fluid flow analysis method using the same according to an embodiment of the present invention, the effect of reconstructing the storage variable at the boundary of the computational grid using the area weight value There is.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 유한체적법에 의한 보존변수 구성 방법 및 이를 이용한 2차원 유체 흐름 해석 방법에 의하면, 댐 붕괴 해석 등에 효율적으로 이용할 수 있는 효과가 있다.
In addition, according to the method of constructing the storage variable by the finite volume method and the two-dimensional fluid flow analysis method using the same according to an embodiment of the present invention, there is an effect that can be efficiently used for dam collapse analysis.

도 1은 본 발명에 따른 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법에서, n+1 시간에서의 보존변수를 구하기 위한 방법을 도시한 흐름도이다;
도 2는 본 발명에 따른 방법에 의해 삼각형 소격자로 분할된 계산격자를 도시한다;
도 3은 댐 붕괴시 건물의 영향을 고려한 실험에 대한 수치모의 그래프이다;
도 4는 댐 상류부와 하류부의 수위차가 4.9cm인 경우에 대한 실측수심과 본 발명에 의해 계산된 수심을 비교한 그래프이다;
도 5는 댐 상류부와 하류부의 수위차가 19.9cm인 경우에 대한 실측수심과 본 발명에 의해 계산된 수심을 비교한 그래프이다.
1 is a flowchart showing a method for obtaining a conservation variable at n + 1 time in a two-dimensional fluid flow analysis method by a finite volume method according to the present invention;
2 shows a computational grid divided into triangular small lattice by the method according to the invention;
3 is a numerical simulation graph of an experiment taking into account the influence of a building on dam collapse;
4 is a graph comparing the measured depth and the depth calculated by the present invention for the case where the water level difference between the upstream and downstream portions of the dam is 4.9 cm;
5 is a graph comparing the measured depth and the depth calculated by the present invention for the case where the water level difference between the upstream and downstream portions of the dam is 19.9 cm.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 격자를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, in the present description, the same numbers refer to substantially the same grid, and may be described by quoting the contents described in other drawings under the above rules, and the contents repeated or deemed apparent to those skilled in the art may be omitted.

보존변수로 이루어진 2차원 천수방정식을 벡터형태로 나타내면 [수학식 1]과 같다.A two-dimensional shallow water equation consisting of conserved variables is expressed in [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, U는 보존변수 벡터, F(U), G(U)는 각각 x방향 및 y방향의 흐름율, 그리고 S(U)는 생성항으로, 이들은 아래의 [수학식 2]와 같다.Where U is the conserved variable vector, F (U), G (U) is the flow rate in the x- and y-directions, and S (U) is the generation term, which are shown in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, u와 v는 각각 x와 y방향의 유속, g는 중력가속도, 그리고 h는 수심이다. So는 하상경사이고, Sf는 마찰경사를 나타낸다.Where u and v are the flow velocities in the x and y directions, g is the gravitational acceleration, and h is the depth. S o is a bed slope and S f represents a friction slope.

[수학식 1]을 면적이 Al인 계산격자(l)에 관해서 적분하고 그린정리(Green's theorem)을 적용하면, 아래의 [수학식 3]과 같은 기본 방정식을 구할 수 있다.Integrating [Equation 1] with respect to the computational lattice (l) having an area A 1 and applying Green's theorem, a basic equation as shown in [Equation 3] can be obtained.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서 Nl및 Ll ,k는 계산격자(l)의 경계면 수 및 k번째 경계면 길이, Fl ,k및 Gl,k는 격자(l)의 k번째 경계면에서의 x및 y방향 흐름율, φk는 x축과 k번째 경계면의 법선벡터 사이의 반시계방향 각도 그리고 Sl은 생성항을 나타낸다. Where N l and L l , k are the number of boundaries of the computational lattice (l) and the k-th boundary length, F l , k and G l, k are the x and y flow rates at the k-th boundary of the lattice (l), φ k is the counterclockwise angle between the x-axis and the normal vector of the k-th interface and S l represents the generation term.

[수학식 3]의 흐름율 F, G의 계산을 위해 근사 Riemann 해법인 HLLC 기법을 사용하여 유한체적의 경계면에서 질량 및 운동량의 흐름율을 계산한다. HLLC Riemann 해의 구조는 파속 SL 및 SR 그리고 S*에 따라 보존변수 U가 네 개의 구간으로 나누어지며, 수치 흐름율은 [수학식 4]를 이용하여 계산한다.For the calculation of the flow rates F and G in [Equation 3], the flow rate of mass and momentum at the boundary of the finite volume is calculated using the HLLC method, which is an approximate Riemann solution. The structure of the HLLC Riemann solution is divided into four sections according to the wave velocity S L , S R and S * , and the numerical flow rate is calculated using Equation 4.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00008
Figure pat00008

MUSCL 기법은 흐름율을 계산하기 전에 계산격자 경계면에서 보존변수를 재구성하는 기법으로 보존변수의 재구성을 위해 인접격자 자료의 값을 사용함으로써 공간에서의 2차정확도를 가지며, △t/2 시점에서의 값을 예측함으로써 시간에 대한 2차 정확도를 가진다.The MUSCL technique reconstructs the conserved variable at the boundary of the computational grid before calculating the flow rate. It uses the value of the adjacent lattice data to reconstruct the conserved variable and has a second-order accuracy in space. By predicting the value, we have a second order accuracy over time.

본 발명에 따른 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법은, MUSCL 기법을 적용한 비정형격자에 대해서도 물리적인 재구성이 가능하도록 하기 위해, 면적가중치로 재구성하는 MUSCL 기법을 사용한다.The two-dimensional fluid flow analysis method using the finite volume method according to the present invention uses the MUSCL method of reconstructing the area weighted value in order to enable physical reconstruction of the atypical lattice to which the MUSCL method is applied.

도 1은 본 발명에 따른 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법의 흐름도이고, 도 2는 삼각형 소격자로 분할된 계산격자를 도시한다.1 is a flowchart of a method for analyzing a two-dimensional fluid flow by the finite volume method according to the present invention, and FIG. 2 illustrates a computational grid divided into triangular small lattice.

본 발명에 따른 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석은 면적 가중치를 이용하여 보존변수를 재구성한다. (S110)Two-dimensional fluid flow analysis by the finite volume method according to the present invention reconstructs the conservation variable using the area weight. (S110)

도 2를 참조하여, 면적 가중치로 재구성하기 위해서는, 계산격자의 도심(G)을 구하고, 도심(G)을 기준으로 사각형 격자를 네 개의 삼각형 소격자로 분할한다. 본 실시예에서는 사각형 격자를 예로 들어 설명하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 계산격자는 오각형, 육각형 등의 정형격자 또는 비정형격자가 될 수 있다.Referring to FIG. 2, in order to reconstruct by area weights, the center grid G of the computational grid is obtained and the rectangular grid is divided into four triangular small grids based on the center grid G. In the present embodiment, a rectangular grid is described as an example, but is not necessarily limited thereto. For example, the computational lattice may be an orthopedic lattice, such as a pentagon or hexagon.

X축 방향에 대한 삼각형인 △2G3, △1G4의 면적 a2, a4를 계산하고, y축 방향에 대한 삼각형 △1G2와 △3G4의 면적 a1, a3를 계산한다.The areas a 2 and a 4 of the triangles DELTA 2G3 and DELTA 1G4 in the X-axis direction are calculated, and the areas a 1 and a 3 of the triangles DELTA 1G2 and DELTA 3G4 in the y-axis direction are calculated.

[수학식 5]를 이용하여, 각 삼각형에 대한 면적 가중치를 계산한다.Using Equation 5, area weights for each triangle are calculated.

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

보존변수 재구성을 위하여 면적 가중치를 부여한 ωal ,k를 적용하며, 여기서 al,k는 계산격자 l의 k번째 경계면의 면적을 나타낸다. 재구성된 보존변수는 아래 [수학식 6]과 같다.For reconstructing the conserved variables , we apply ωa l , k with area weights, where a l, k represents the area of the k th boundary of the computational grid l. The reconstructed conservation variable is shown in Equation 6 below.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure pat00013
Figure pat00013

Figure pat00014
Figure pat00014

여기서 x방향인 경우 m=2, n=4 y방향인 경우m=3 y=1이다.Here, m = 2 in the x direction and m = 3 y = 1 in the n = 4 y direction.

계산격자 경계면에서 x방향 흐름율 및 y방향 흐름율을 구하고(S120), 생성항을 처리한다(S130).The x-direction flow rate and the y-direction flow rate are calculated at the computational grid boundary (S120), and the generation term is processed (S130).

n+1 간에서의 보존변수는 [수학식 7]에 의해 구할 수 있다(S140).Conservation variables between n + 1 can be obtained by Equation 7 (S140).

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서 Al및 Nl는 각각 계산격자 l의 면적 및 경계면의 수, Fl ,k 및 Gl ,k는 격자 l의 k번째 경계면에서의 x및 y방향 흐름율로 x방향인 경우 k=2, 4이고 y방향인 경우 k=1, 3이다. 그리고 nl ,k및 Ll ,k는 각각 격자 l의 k번째 경계면의 외향단위벡터 및 경계면 길이를 나타낸다.Where A l and N l are the area of the computational grid l and the number of interfaces, respectively, and F l , k and G l , k are the x and y flow rates at the k th boundary of the grid l, where k = 2 , 4 and in the y direction k = 1, 3. And n l , k and L l , k represent the outward unit vector and the boundary length of the k th boundary of the grid l, respectively.

생성항으로 하상경사와 마찰경사를 고려할 수 있으며, 생성항은 [수학식 8]과 같이 처리할 수 있다.As the generating term, the bottom slope and the friction inclination can be considered, and the generating term can be treated as shown in [Equation 8].

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00016

Figure pat00016

Figure pat00017
Figure pat00017

여기서, 아래첨자 1, 2, 3, 4는 계산격자를 구성하고 있는 절점의 순서를 나타낸다.Here, subscripts 1, 2, 3, and 4 indicate the order of nodes constituting the computational grid.

계산영역의 경계격자에서도 인접격자와의 흐름율 계산이 필요하므로 경계부분에서는 가상의 격자가 필요하다. 따라서, 경계에 인접한 가상격자에 적절한 수치처리를 함으로써 경계조건을 부여할 수 있다. 본 발명에서는 흐름이 벽면에 의해 막혀 경계면 직각방향으로 흐름이 존재할 수 없는 닫힌 경계조건에 대해서는 [수학식 9], 경계면 밖의 조건이 인접흐름에 영향을 주지 않는 조건인 자유유출 경계조건에 대해서는 [수학식 10]을 적용한다.In the boundary grid of the computational area, the flow rate with the adjacent grid is required, so a virtual grid is required at the boundary. Therefore, boundary conditions can be imparted by performing appropriate numerical processing on the virtual lattice adjacent to the boundary. In the present invention, the closed boundary condition in which the flow is blocked by the wall and the flow cannot exist in the direction perpendicular to the boundary surface is expressed by Equation 9, and the free outflow boundary condition is a condition in which conditions outside the boundary surface do not affect the adjacent flow. Equation 10 applies.

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00018
,
Figure pat00019
,
Figure pat00020
Figure pat00018
,
Figure pat00019
,
Figure pat00020

[수학식 10] [Equation 10]

Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023

여기서, h*, u* 및 v*는 가상격자에서의 수심 및 x, y 방향의 유속을 나타낸다.Here, h * , u *, and v * represent the water depth in a virtual lattice, and the flow velocity of x and y directions.

도 3은 댐 붕괴시 건물의 영향을 고려한 실험에 대한 수치모의를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing a numerical simulation of the experiment in consideration of the influence of the building during the collapse of the dam.

도 3을 참조하여, 실측치와, Noel에 의한 수치모의 결과 및 본 발명에 따른 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법에 의한 결과를 비교하였다.With reference to FIG. 3, the measured value was compared with the numerical simulation result by Noel, and the result by the two-dimensional fluid flow analysis method by the finite volume method which concerns on this invention.

댐의 하류부에 위치한 실측지점인 G1 내지 G5에서 계산수위가 초기에 수위가 증가하는 시간이 실측수위보다 약간 늦게 발생한다. 하지만 그 시간 차이가 크지 않고, 5개의 관측지점에서 모두 그 차이가 거의 일정함을 알 수 있다. 이러한 일정한 시간차이가 발생하는 원인으로, 실험을 수행한 Noel은 관측기구의 비정상적인 초기시간 설정 때문이라고 원인을 밝혔다. 건물의 상류 및 하도의 좌측벽에 인접한 G1에서는 댐 붕괴파의 선단부가 하상이 경사진 좌측벽에 의해 반사되면서 2초대에서 급격한 수위 증가가 나타나고, 6초대에서는 댐 붕괴파가 건물과 좌측벽의 영향으로 원활히 소통되지 못하고 정체되면서, 뒤에 밀려오는 파가 다시 좌측벽의 반사로 인해 사각도수가 발생하는 현상까지 잘 모의하였다. G2에서는 13초대에서 건물의 영향으로 인한 도수현상이 나타났으나, 실측된 도수발생 시간과는 약간의 차이가 발생하였으며, 이러한 원인으로는 부정확한 조도계수 및 하도의 초기수위의 영향으로 판단된다. Noel은 조도계수 및 하도의 초기수위 변화에 따른 수위의 변화에 대한 모의를 수행하여, 모형의 조도계수 및 초기수위가 계산결과의 정확성에 매우 큰 영향을 줄 수 있음을 보여주었다. 건물의 우측에 위치한 G4에서는 3초대에 건물로 인한 강한 반사파의 영향으로 급격한 수위의 증가가 발생하고, 4초대는 수로의 우측벽으로 인해 생성된 사각도수가 G4에 도달하면서 약간의 수위 증가 현상이 나타나며, 12초 후부터는 건물로 및 우측벽으로 인한 정체현상으로 수위가 서서히 감소하는 현상까지 실측치와 비교적 일치하게 계산하였다. 그리고 저수지의 상류에 위치한 G6에서는 저수지의 물이 하류로 빠져나감에 따른 수위의 감소현상을 실측수위와 거의 일치하게 나타난다.At G1 to G5, measured points located downstream of the dam, the time when the calculated water level initially increases is slightly later than the measured water level. However, the time difference is not large, and the difference is almost constant at all five observation points. As a cause of this constant time difference, Noel, who conducted the experiment, said that it was due to the abnormal initial time setting of the observation instrument. In G1 adjacent to the upper wall of the building and the left wall of the lower road, the tip of the dam collapse wave is reflected by the left wall inclined at the bottom, causing a sudden increase in the water level in the second generation. As it was not able to communicate smoothly and was congested, the wave coming back was well simulated by the phenomenon of square frequency due to the reflection of the left wall. In G2, the frequency of the building was found in the 13th century, but there was a slight difference from the measured frequency of occurrence, which is considered to be due to the inaccurate roughness coefficient and the initial water level. Noel simulated the change of the water level according to the change of the roughness coefficient and the initial level of the channel, and showed that the roughness coefficient and the initial level of the model can have a great influence on the accuracy of the calculation results. In G4 located on the right side of the building, there is a sudden increase in the water level due to the strong reflection wave caused by the building in the 3rd generation, and in the 4th generation, the water level increases slightly as the rectangular power generated by the right wall of the channel reaches G4. From 12 seconds later, the water level gradually decreased due to the congestion caused by the building and the right wall. In the G6 located upstream of the reservoir, the decrease of the water level as the water of the reservoir flows downstream shows almost the same as the measured water level.

도 4는 댐 상류부와 하류부의 수위차가 4.9cm인 경우에 대한 실측수심과 본 발명에 의해 계산된 수심을 비교한 그래프이고, 도 5는 댐 상류부와 하류부의 수위차가 19.9cm인 경우에 대한 실측수심과 본 발명에 의해 계산된 수심을 비교한 그래프이다.FIG. 4 is a graph comparing the measured depth for the case where the water level difference between the upstream portion and the downstream portion of the dam is 4.9 cm and the depth calculated by the present invention, and FIG. 5 is the case where the water level difference between the upstream portion and the downstream portion of the dam is 19.9 cm. It is a graph comparing the measured depth and the depth calculated by the present invention.

도 4, 5를 참조하여, 댐 붕괴 후 충격파가 하류로 전파되고, 하류에 도달한 충격파는 보의 영향으로 인해 다시 상류로 반사되며, 상류단의 벽에 도달한 반사파는 다시 하류로 반사되는 파의 전파 과정이 본 발명에 의해 거의 유사하게 재현됨을 알 수 있다.
4 and 5, after the dam collapse, the shock wave propagates downstream, the shock wave reaching the downstream is reflected back upstream due to the influence of the beam, the reflected wave reaching the wall of the upstream end is reflected back downstream It can be seen that the propagation process of is almost similarly reproduced by the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

본 명세서 내에 포함되어 있음.
Included in this specification.

ω : 면적가중치
Al, Nl : 계산격자 l의 면적, 경계면의 수,
Fl ,k, Gl ,k : k번째 경계면에서의 X 및 y방향 흐름율,
nl ,k, Ll ,k : 계산격자 l의 k번째 경계면의 외향단위벡터 및 경계면의 길이
ω: Area weight
A l , N l : the area of the grid lattice l, the number of interfaces,
F l , k , G l , k : flow rates in the X and y directions at the k th interface,
n l , k, L l , k : Outward unit vector of the kth boundary of the computational grid l and the length of the boundary

Claims (7)

유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석에서 보존변수를 구성하는 방법에 있어서,
계산격자의 도심을 구하고, 상기 도심을 기준으로 삼각형 소격자를 분할하여 면적 가중치를 구하여, 상기 면적 가중치를 이용하여 경계면에서의 보존변수를 구하는 것을 특징으로 하는 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석의 보존변수 구성 방법.
In the method of constructing the conserved variable in the two-dimensional fluid flow analysis by the finite volume method,
Two-dimensional fluid flow analysis by finite volume method characterized by obtaining the centroid of the computational lattice, dividing the triangular small lattice on the basis of the centroid, and obtaining the conservation variable at the interface using the area weight. To configure retention variables in the database.
제1항에 있어서,
상기 면적 가중치는 아래 식에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석의 보존변수 구성 방법.
Figure pat00024

여기서, ω는 제1 삼각형에서의 면적가중치, a1은 제1 삼각형 면적, a3는 도심을 중심으로 반대측에 위치한 제3 삼각형의 면적임.
The method of claim 1,
The area weights are obtained by the following equation.
Figure pat00024

Where ω is the area weight value in the first triangle, a 1 is the area of the first triangle, and a 3 is the area of the third triangle located on the opposite side from the center of the city center.
유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법에 있어서,
n시간에서 n+1시간까지의 보존변수를 계산하며,
상기 n+1시간의 보존변수는,
면적 가중치를 이용하여 보존변수를 재구성하는 단계;
계산격자의 경계면에서의 x방향 흐름율과 y방향 흐름율을 구하는 단계;
상기 계산격자에서 생성항을 구하는 단계; 및
상기 보존변수, x방향 흐름율, y방향 흐름율 및 생성항을 이용하여 n+1 시간의 보존변수를 구하는 단계;
를 포함하는,
유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법.
In the two-dimensional fluid flow analysis method by the finite volume method,
Compute the conserved variable from n hours to n + 1 hours,
The n + 1 hour retention variable,
Reconstructing the conservation variable using the area weights;
Obtaining a flow rate in the x direction and a flow rate in the y direction at the boundary of the computational grid;
Obtaining a generation term from the calculation grid; And
Obtaining a conservation variable of n + 1 time using the conservation variable, the x-direction flow rate, the y-direction flow rate, and the generation term;
Including,
2D Fluid Flow Analysis by Finite Volume Method.
제3항에 있어서,
상기 n+1시간에서의 보존변수는 아래의 수학식에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법.
Figure pat00025

여기서, Al, Nl은 계산격자 l의 면적, 경계면의 수, Fl ,k, Gl ,k는 k번째 경계면에서의 X 및 y방향 흐름율, nl ,k 및 Ll ,k는 계산격자 l의 k번째 경계면의 외향단위벡터 및 경계면의 길이를 나타냄.
The method of claim 3,
The storage variable at n + 1 time is obtained by the following equation, the two-dimensional fluid flow analysis method by the finite volume method.
Figure pat00025

Where A l , N l are the area of the computational lattice l, the number of interfaces, F l , k , G l , k are the flow rates in the X and y directions at the k th interface, and n l , k and L l , k are It represents the outward unit vector of the kth boundary of the computational grid l and the length of the boundary.
제3항에 있어서,
상기 생성항은 하상경사항과 마찰경사항을 포함하는 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법.
The method of claim 3,
The generation term is a two-dimensional fluid flow analysis method by a finite volume method including a bed diameter matter and friction diameter matter.
제5항에 있어서,
상기 생성항은 아래의 수학식에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법.

Figure pat00026


Figure pat00027

여기서, 1, 2, 3, 4는 계산격자를 구성하고 있는 절점의 순서를 나타냄.
The method of claim 5,
The generation term is a two-dimensional fluid flow analysis method by the finite volume method characterized in that obtained by the following equation.

Figure pat00026


Figure pat00027

Here, 1, 2, 3, and 4 represent the order of nodes constituting the computational grid.
제3항에 있어서,
상기 계산격자 구조는 비정형 격자인 것을 특징으로 하는 유한체적법에 의한 2차원 유체 흐름 해석 방법.
The method of claim 3,
The computational lattice structure is a two-dimensional fluid flow analysis method by the finite volume method, characterized in that the amorphous grid.
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