WO2021117964A1 - Sph 기반의 유체 해석 시뮬레이션을 하는 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

Sph 기반의 유체 해석 시뮬레이션을 하는 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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WO2021117964A1
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particle
measurement space
sampling
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송상민
이기동
한철민
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이에이트 주식회사
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    • G—PHYSICS
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    • G06F2113/08—Fluids

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus, method, and computer program for performing fluid analysis simulation based on smoothed particle hydrodynamics (SPH).
  • SPH smoothed particle hydrodynamics
  • Computational Fluid Dynamics is a field of fluid mechanics that calculates the dynamic motion of a fluid using a computer in a numerical way.
  • Computational fluid dynamics is a partial differential equation, Naiver-Stokes Equation (FDM) (Finite Difference Method), FEM (Finite Element Method), FVM (Finite Volume Method) and SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) methods such as Calculate the flow of the fluid by discretizing it through
  • Navier-Stokes equation There are two methods for calculating the Navier-Stokes equation: a grid-based method that discretizes a spatial domain into a small mesh or grid and a particle-based method that expresses a fluid as a set of multiple particles.
  • Particle-based methods include Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), Moving Particle Semi-implicit (MPS), and Lattice Boltzmann Method (LBM).
  • SPH Smoothed Particle Hydrodynamics
  • MPS Moving Particle Semi-implicit
  • LBM Lattice Boltzmann Method
  • the SPH-based fluid analysis can perform the analysis of multiphase flow including two or more of gas, liquid, and solid relatively accurately.
  • Korean Patent Registration No. 10-1942058 discloses a configuration for predicting the height of the sea level using computational fluid dynamics.
  • An object of the present invention is to provide a fluid analysis simulation apparatus, method, and computer program that can be used to calculate the flow by measuring the water level within a relatively short time.
  • an embodiment of the present invention is an SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)-based fluid analysis simulation apparatus, an input unit for receiving data about a plurality of particles for fluid analysis simulation, A measurement space setting unit for setting a measurement space to measure a water level in a space in which the plurality of particles exist, a sampling space generation unit for dividing the measurement space into a plurality of sampling spaces formed in a height direction of the measurement space, and the sampling space It is possible to provide a fluid analysis simulation apparatus including a water level measurement unit for measuring the water level in the measurement space based on the height of the particles included in each.
  • SPH Smoothed Particle Hydrodynamics
  • the measurement space setting unit may move the coordinates of the measurement space and the plurality of particles so that the center of the measurement space is located at the origin of the Cartesian coordinate system.
  • the method may further include a particle sorting unit configured to determine whether the center of each of the plurality of particles is inside the measurement space to select particles existing in the measurement space from among the plurality of particles.
  • a cross section of the measurement space is defined by an X coordinate system and a Z coordinate system
  • a height of the measurement space is defined by a Y coordinate system
  • the sampling space generator sets the floor surface of the measurement space as an X coordinate value of the X coordinate system. and dividing the sampling area into a plurality of sampling regions defined by Z coordinate values of the Z coordinate system, and generating the sampling space defined by the X coordinate values, the Z coordinate values, and the Y coordinate values of the Y coordinate system.
  • the sampling space generator may remove a sampling space that does not include the selected particle from among the plurality of generated sampling spaces.
  • the water level measurement unit aligns the particles included in the sampling space in ascending order based on the particle height derivation unit for deriving a height value of each particle included in the sampling space, and the derived height value of each particle.
  • a particle arranging unit that groups the aligned particles to generate one or more particle groups, and a particle group with the largest difference between the maximum and minimum heights of the particles included in one of the generated particle groups. It may include a particle group selection unit for screening.
  • the particle group generator classifies the same particle group when the difference in height between the two adjacent particles is less than or equal to a preset value, and when the difference in height between the two adjacent particles is greater than or equal to a preset value, different particle groups can be classified as
  • the water level measurement unit may measure a height value of a particle having a largest height among particles included in the selected particle group for each of the generated sampling areas as the water level in the measurement space.
  • a fluid analysis simulation method based on smoothed particle hydrodynamics (SPH)
  • receiving data on a plurality of particles for fluid analysis simulation the water level in a space in which the plurality of particles exist
  • Setting a measurement space to be measured dividing the measurement space into a plurality of sampling spaces formed in a height direction of the measurement space, and measuring a water level in the measurement space based on the height of particles included in each of the sampling spaces
  • a fluid analysis simulation method comprising the step of:
  • Another embodiment of the present invention is a computer program stored in a medium including a sequence of instructions for performing a fluid analysis simulation based on smoothed particle hydrodynamics (SPH), wherein the computer program performs a fluid analysis simulation when executed by a computing device.
  • SPH smoothed particle hydrodynamics
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a fluid analysis simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a process of setting a measurement space according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a method of generating a sampling space by dividing a measurement space according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 exemplarily shows a sampling space and particles included in the sampling space according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining a method of generating and selecting a particle group according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a method of measuring a water level according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of a fluid analysis simulation method according to an embodiment of the present invention.
  • a "part” includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized using both.
  • one unit may be implemented using two or more hardware, and two or more units may be implemented by one hardware.
  • ' ⁇ unit' is not limited to software or hardware, and ' ⁇ unit' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors.
  • ' ⁇ ' denotes components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables.
  • components and ' ⁇ units' may be combined into a smaller number of components and ' ⁇ units' or further separated into additional components and ' ⁇ units'.
  • components and ' ⁇ units' may be implemented to play one or more CPUs in a device or secure multimedia card.
  • Some of the operations or functions described as being performed by the terminal or device in the present specification may be instead performed by a server connected to the terminal or device. Similarly, some of the operations or functions described as being performed by the server may also be performed in a terminal or device connected to the server.
  • the fluid analysis simulation apparatus 100 may include an input unit 110 , a measurement space setting unit 120 , a sampling space generation unit 130 , and a water level measurement unit 140 .
  • the fluid analysis simulation apparatus 100 may include a server, a desktop, a laptop computer, a kiosk (KIOSK) and a smartphone, and a tablet PC.
  • the fluid analysis simulation apparatus 100 is not limited to those exemplified above. That is, the fluid analysis simulation apparatus 100 may include all devices equipped with a processor for performing an SPH-based fluid analysis simulation method to be described later.
  • the fluid analysis simulation apparatus 100 performs a three-dimensional flow analysis of a fluid. That is, the fluid analysis simulation apparatus 100 models the 3D simulation area and the plurality of particles located in the 3D simulation area, and analyzes the flow of the plurality of particles in the 3D simulation area.
  • the fluid analysis simulation apparatus 100 may perform a simulation for analyzing a fluid based on smoothed particle hydrodynamics (SPH).
  • SPH Smoothed Particle Hydrodynamics
  • CFD Computational Fluid Dynamics
  • SPH may express a fluid to be analyzed as one or more particles.
  • the SPH can calculate a physical quantity of a particle while tracking each particle, and perform a fluid analysis simulation based on the calculation result.
  • the input unit 110 may receive data about a plurality of particles for fluid analysis simulation. For example, the input unit 110 may receive data regarding a plurality of particles from an external device such as a user terminal. The input unit 110 may receive data regarding a plurality of particles through communication with an external server.
  • the data on the plurality of particles may include information on an analysis target required to perform a fluid analysis simulation.
  • the data on the plurality of particles may include information on physical properties of each particle, for example, at least one of a particle radius, mass, density, viscosity, velocity, acceleration, and position of each particle.
  • the measurement space setting unit 120 may set a measurement space in which the water level is to be measured among spaces in which a plurality of particles exist.
  • the measurement space may be set to include all of the plurality of particles, or may be set to include some of the plurality of particles.
  • 2A and 2B exemplarily show a process of setting a measurement space.
  • the plurality of particles 10 may be arranged in a space having a three-dimensional orthogonal coordinate system 203 according to data about a plurality of particles input from the input unit 110 .
  • the measurement space setting unit 120 may set the measurement space 201 in the space in which the plurality of particles exist, for example, in the shape of a rectangular parallelepiped.
  • the measurement space 201 is the maximum value X max on the X coordinate system, the minimum value X min on the X coordinate system, the maximum value Y max on the Y coordinate system, the minimum value on the Y coordinate system in the three-dimensional Cartesian coordinate system 203 consisting of the X axis, the Y axis, and the Z axis. It may be set by Y min , the maximum value Z max on the Z coordinate system, and the minimum value Z min on the Z coordinate system.
  • the measurement space setting unit 120 may move the coordinates of the measurement space 201 and the plurality of particles so that the center of the measurement space 201 is located at the origin of the orthogonal coordinate system 203 .
  • the coordinate values of the measurement space and the coordinate values indicating the positions of the plurality of particles may be changed.
  • the relative positions between the measurement space 201 and arbitrary particles do not change.
  • the fluid analysis simulation apparatus 100 may further include a particle sorting unit (not shown).
  • the particle sorting unit may determine whether the center of each of the plurality of particles is inside the measurement space 201 .
  • the particle sorting unit may select one or more particles existing in the measurement space 201 from among the plurality of particles.
  • the particle sorting unit determines whether the center of each particle is inside the measurement space 201 , and selects the particle 10a whose center is inside the measurement space 201 . have. In addition, the particle 10b whose center is outside the measurement space 201 may not be selected. Through this, particles existing outside the measurement space 201 may be excluded from the calculation process.
  • a cross section of the measurement space 201 may be defined by an X coordinate system and a Z coordinate system, and a height of the measurement space 201 may be defined by a Y coordinate system.
  • the measurement space 201 may be set between the maximum value X max and the minimum value X min on the X coordinate system, between the maximum value Y max and the minimum value Y min on the Y coordinate system, and between the maximum value Z max and the minimum value Z min on the Z coordinate system. .
  • the sampling space generator 130 may divide the measurement space 201 into a plurality of sampling spaces formed in a height direction (Y-axis direction) of the measurement space.
  • the sampling space may be formed in the form of a cuboid having the same height as the measurement space and a cross-section (eg, a bottom surface) having a smaller area than the measurement space.
  • the sampling space generating unit 130 may divide the bottom surface 301 of the measurement space into a plurality of sampling areas 303 defined by the X coordinate value of the X coordinate system and the Z coordinate value of the Z coordinate system. have.
  • the sampling area 303 may have a square shape, for example.
  • the sampling region 303 may be formed such that the length of one side has the same value as the diameter of the particle.
  • the sampling space generator 130 may generate a sampling space defined by an X coordinate value, a Z coordinate value, and a Y coordinate value of the Y coordinate system.
  • the sampling space may be formed in a height direction of the measurement space with the sampling area 303 as a bottom surface.
  • the sampling space generator 130 may remove a sampling space that does not include particles from among the plurality of generated sampling spaces. For example, the sampling space generator 130 may determine whether the center of the particle is inside the sampling space, and remove the sampling space that does not include the particle. Through this, a sampling space that does not include particles may be excluded from the calculation process.
  • the water level measurement unit 140 may measure the water level in the measurement space based on the height of particles included in each of the sampling spaces. Referring back to FIG. 1 , the water level measuring unit 140 may include a particle height deriving unit 141 , a particle arranging unit 142 , a particle group generating unit 143 , and a particle group selecting unit 144 .
  • the sampling space may include one or more particles.
  • the particle height deriving unit 141 may derive a height value of each particle included in the sampling space.
  • the particle aligning unit 142 may sort particles included in the sampling space in ascending order based on the derived height values of each particle.
  • the sampling space contains particles P1, P2, P3, P4, and P5.
  • the height value of P1 Y P1 -3
  • the height value of P2 Y P2 -9
  • the height value of P3 Y P3 10
  • the height value of P4 Y P4 4
  • the particles of P1 to P5 are arranged in ascending order based on the respective height values of the particles of P1 to P5
  • the particles included in the sampling space may be arranged in the order of P2, P1, P5, P4, and P3.
  • the particle group generator 143 may generate one or more particle groups by grouping the sorted particles.
  • the particle group is generated by grouping the particles based on a predetermined criterion based on the height value of each particle included in the same sampling space.
  • the sampling space may include one or more particle groups, and each particle group may include one or more particles.
  • the particle group generator 143 may classify the particle group into the same particle group when the difference in height between the two adjacent particles is less than or equal to a preset value.
  • the particle group generator 143 may classify different particle groups into different particle groups when a difference in height between two adjacent particles is equal to or greater than a preset value.
  • the particle group generator 143 may generate one or more particle groups 511 , 512 , and 513 by grouping particles included in the sampling space.
  • the particle group sorting unit 144 selects a particle group (eg, a particle group including the largest number of particles) with the largest difference between the maximum and minimum values of the heights of particles included in one of the generated particle groups.
  • a particle group eg, a particle group including the largest number of particles
  • the particle group sorting unit 144 may include one particle group.
  • G2 which is a particle group with the largest difference between the maximum and minimum heights of particles included in , can be selected.
  • the particle group sorting unit 144 sets the largest difference between the maximum and minimum heights of the particles included in one particle group among the particle groups 511, 512 and 513 generated in the sampling space. 512 can be selected.
  • the water level measurement unit 140 may measure a height value of a particle having the largest height among particles included in the selected particle group for each of the generated sampling areas as the water level in the measurement space.
  • one or more selected particle groups may exist for each sampling area generated by dividing the bottom surface of the measurement space. Particles 10c having the largest height among particles included in each particle group may exist.
  • the water level measurement unit 140 may measure the height value of the particle 10c having the largest height among the particles included in the selected particle group as the water level 601 in the measurement space.
  • the fluid analysis simulation apparatus 100 may further include a flow data calculation unit (not shown).
  • the flow data calculator uses the SPH algorithm to calculate flow data caused by collisions between each particle and neighboring particles or between each particle and polygons constituting the structure model, and perform fluid analysis simulation based on the flow data. have.
  • the SPH algorithm calculates the flow of each particle by using the physical property information (eg, mass, velocity, viscosity, and acceleration) of each particle, and the physical property information of each particle is the same as a radial basis function centered on the position of each particle. It is interpolated using a set of kernel functions.
  • physical property information eg, mass, velocity, viscosity, and acceleration
  • Interpolating the physical property information of each particle in this way produces continuous fields such as pressure and viscosity fields that can be used to calculate the dynamics of a fluid using standard equations such as the Navier-Stokes equation.
  • Navier-Stokes equation models a fluid as
  • Equation 1 “v” is the velocity of the particles, “ ⁇ ” is the density of the particles, “p” is the pressure on the particles, “g” is the gravity, and “ ⁇ ” is the viscosity coefficient of the fluid.
  • Equation (2) the density of each particle is derived by Equation (2).
  • the flow data calculator calculates changes in flow data such as density, pressure, and viscosity of each particle by using the SPH algorithm. For example, the flow data calculator calculates the flow data of each particle in the next time step (first time step) based on the initial flow data of each particle, and calculates the flow of each particle based thereon.
  • the flow data calculator calculates the flow data of each particle in the next time step based on the flow data of each particle in the first time step, and calculates the flow of each particle based thereon.
  • the flow data calculator may perform the fluid analysis simulation by calculating the flow data of each particle at each time step and calculating the flow of each particle.
  • the fluid analysis simulation method 700 performed in the apparatus 100 illustrated in FIG. 7 includes steps processed in time series by the apparatus 100 according to the embodiment illustrated in FIG. 1 . Therefore, even if omitted below, it is also applied to the method of performing the fluid analysis simulation performed in the apparatus 100 according to the embodiment shown in FIG. 1 .
  • step S710 the device 100 may receive data on a plurality of particles for fluid analysis simulation.
  • step S720 the apparatus 100 may set a measurement space in which the water level is to be measured among spaces in which a plurality of particles exist.
  • the apparatus 100 may divide the measurement space into a plurality of sampling spaces formed in the height direction of the measurement space.
  • the apparatus 100 may measure the water level in the measurement space based on the height of particles included in each of the sampling spaces.
  • steps S710 to S740 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, according to an embodiment of the present invention.
  • some steps may be omitted if necessary, and the order between the steps may be switched.
  • the method for performing fluid analysis simulation in the fluid analysis simulation apparatus described through FIGS. 1 to 7 may be implemented in the form of a computer program stored in a medium executed by a computer or a recording medium including instructions executable by the computer. have.
  • the method for performing fluid analysis simulation in the fluid analysis simulation apparatus described with reference to FIGS. 1 to 7 may be implemented in the form of a computer program stored in a medium executed by a computer.
  • Computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Also, computer-readable media may include computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.

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Abstract

SPH(Smoothed-Particle Hydrodynamics) 기반의 유체 해석 시뮬레이션 장치는 유체 해석 시뮬레이션을 위하여 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받는 입력부, 상기 복수의 입자가 존재하는 공간 중 수위를 측정할 측정 공간을 설정하는 측정 공간 설정부, 상기 측정 공간을 상기 측정 공간의 높이 방향으로 형성된 복수의 샘플링 공간으로 분할하는 샘플링 공간 생성부 및 상기 샘플링 공간 각각에 포함되는 입자의 높이에 기초하여 상기 측정 공간의 수위를 측정하는 수위 측정부를 포함한다.

Description

SPH 기반의 유체 해석 시뮬레이션을 하는 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램
본 발명은 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기반의 유체 해석 시뮬레이션을 하는 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)은 유체 역학의 한 분야로서, 컴퓨터를 이용하여 유체의 동적인 움직임을 수치해석적 방법으로 계산해 내는 것이다. 전산유체역학은 편미분방정식인 나비에-스토크스 방정식(Naiver-Stokes Equation)을 FDM(Finite Difference Method), FEM(Finite Element Method), FVM(Finite Volume Method) 및 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 등의 방법을 통해 이산화함으로써 유체의 유동을 연산한다.
나비에-스토크스 방정식을 계산하는 방법에는 공간 도메인을 작은 공간 격자(Mesh or Grid)로 이산화하여 연산하는 격자 기반 방법과 유체를 다수의 입자의 집합으로 표현하는 입자 기반 방법이 있다.
입자 기반 방법은 해석 대상을 격자로 표현하는 대신 입자로 표현함으로써, 자연 현상이나 물리 현상에 대한 보다 자연스러운 시뮬레이션이 가능하다. 입자 기반 방법에는 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics), MPS(Moving Particle Semi-implicit), LBM(Lattice Boltzmann Method) 등이 있다.
입자 기반 방법 중 하나인 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기반의 유체 해석은, 격자 기반 방법과 달리 격자를 생성하는 단계가 생략되므로 해석의 결과물을 비교적 빠르게 시뮬레이션할 수 있다.
또한, SPH 기반의 유체 해석은 격자를 생성하지 않고 입자를 이용하여 해석하므로, 액체와 기체의 계면과 같은 자유 표면의 해석을 비교적 용이하게 수행할 수 있다.
또한, SPH 기반의 유체 해석은 기체, 액체, 고체 중 두 개 이상을 포함하는 다상 유동의 해석을 비교적 정확하게 수행할 수 있다.
이러한 장점들로 인해 유체의 유동을 시뮬레이션하는데 있어 최근 SPH가 많이 이용되고 있다.
다만, 기존에 많이 활용되었던 격자 기반 방법에 의하면, 3차원 공간을 격자로 구분하고, 격자를 이용하여 측정 공간의 수위를 쉽게 측정할 수 있었다. 그러나 SPH 등의 입자 기반 방법은 3차원 공간을 격자로 구분하지 않으므로, 측정 공간의 수위를 입자를 이용하여 측정해야 한다.
한편, 한국등록특허 제10-1942058호는 전산유체역학을 이용하여 해수면의 높이를 예측하는 구성을 개시하고 있다.
유체 해석 시뮬레이션을 위하여 특정 공간의 수위를 측정할 수 있는 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램을 제공하고자 한다.
비교적 짧은 시간 내에 수위를 측정하여 유동을 연산하는 데에 이용할 수 있는 유체 해석 시뮬레이션 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램을 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기반의 유체 해석 시뮬레이션 장치에 있어서, 유체 해석 시뮬레이션을 위하여 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받는 입력부, 상기 복수의 입자가 존재하는 공간 중 수위를 측정할 측정 공간을 설정하는 측정 공간 설정부, 상기 측정 공간을 상기 측정 공간의 높이 방향으로 형성된 복수의 샘플링 공간으로 분할하는 샘플링 공간 생성부 및 상기 샘플링 공간 각각에 포함되는 입자의 높이에 기초하여 상기 측정 공간의 수위를 측정하는 수위 측정부 를 포함하는 유체 해석 시뮬레이션 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정 공간 설정부는 상기 측정 공간의 중심이 직교 좌표계의 원점에 위치하도록 상기 측정 공간 및 상기 복수의 입자의 좌표를 이동시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 입자 각각의 중심이 상기 측정 공간의 내부에 있는지 여부를 판단하여 상기 복수의 입자 중에서 상기 측정 공간 내부에 존재하는 입자를 선별하는 입자 선별부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정 공간의 단면은 X 좌표계 및 Z 좌표계로 정의되고, 상기 측정 공간의 높이는 Y 좌표계로 정의되고, 상기 샘플링 공간 생성부는 상기 측정 공간의 바닥면을 상기 X 좌표계의 X 좌표값 및 상기 Z 좌표계의 Z 좌표값으로 정의되는 복수의 샘플링 영역으로 분할하고, 상기 X 좌표값, 상기 Z 좌표값 및 상기 Y 좌표계의 Y 좌표값으로 정의되는 상기 샘플링 공간을 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 샘플링 공간 생성부는 상기 생성된 복수의 샘플링 공간 중 상기 선별된 입자를 포함하지 않는 샘플링 공간을 제거할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수위 측정부는 상기 샘플링 공간에 포함되는 입자 각각의 높이값을 도출하는 입자 높이 도출부, 상기 도출된 입자 각각의 높이값을 기준으로 상기 샘플링 공간에 포함되는 입자를 오름차순으로 정렬하는 입자 정렬부, 상기 정렬된 입자를 그룹핑하여 하나 이상의 입자 그룹을 생성하는 입자 그룹 생성부 및 상기 생성된 입자 그룹 중 하나의 입자 그룹에 포함되는 입자의 높이의 최댓값과 최솟값의 차가 가장 큰 입자 그룹을 선별하는 입자 그룹 선별부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 입자 그룹 생성부는 인접하는 두 입자 간의 높이의 차가 기설정된 값 이하인 경우에는 동일한 입자 그룹으로 분류하고, 상기 인접하는 두 입자 간의 높이의 차가 기설정된 값 이상인 경우에는 서로 다른 입자 그룹으로 분류할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수위 측정부는 상기 생성된 샘플링 영역 각각에 대하여 상기 선별된 입자 그룹에 포함되는 입자 중 가장 큰 높이를 가지는 입자의 높이값을 상기 측정 공간의 수위로 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기반의 유체 해석 시뮬레이션 방법에 있어서, 유체 해석 시뮬레이션을 위하여 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받는 단계, 상기 복수의 입자가 존재하는 공간 중 수위를 측정할 측정 공간을 설정하는 단계, 상기 측정 공간을 상기 측정 공간의 높이 방향으로 형성된 복수의 샘플링 공간으로 분할하는 단계 및 상기 샘플링 공간 각각에 포함되는 입자의 높이에 기초하여 상기 측정 공간의 수위를 측정하는 단계를 포함하는 유체 해석 시뮬레이션 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기반의 유체 해석 시뮬레이션을 하는 명령어들의 시퀀스를 포함하는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 경우, 유체 해석 시뮬레이션을 위하여 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받고, 상기 복수의 입자가 존재하는 공간 중 수위를 측정할 측정 공간을 설정하고, 상기 측정 공간을 상기 측정 공간의 높이 방향으로 형성된 복수의 샘플링 공간으로 분할하고, 상기 샘플링 공간 각각에 포함되는 입자의 높이에 기초하여 상기 측정 공간의 수위를 측정하도록 하는 명령어들의 시퀀스를 포함하는, 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 격자를 생성하지 않고 측정 공간의 수위를 측정할 수 있는 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다.
또한, 수위를 측정하는 데에 소모되는 비용 및 시간을 절감할 수 있다.
또한, 수위 측정 결과를 이용한 시뮬레이션을 통해 유체의 움직임을 분석 및 예측함으로써, 다양한 기술분야에 응용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 해석 시뮬레이션 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 측정 공간을 설정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정 공간을 분할하여 샘플링 공간을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플링 공간 및 샘플링 공간에 포함되는 입자들을 예시적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 입자 그룹을 생성 및 선별하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 수위를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 해석 시뮬레이션 방법의 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 해석 시뮬레이션 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 유체 해석 시뮬레이션 장치(100)는 입력부(110), 측정 공간 설정부(120), 샘플링 공간 생성부(130) 및 수위 측정부(140)를 포함할 수 있다.
유체 해석 시뮬레이션 장치(100)는 서버, 데스크탑, 노트북, 키오스크(KIOSK) 및 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC를 포함할 수 있다. 다만, 유체 해석 시뮬레이션 장치(100)는 앞서 예시된 것들로 한정 해석되는 것은 아니다. 즉, 유체 해석 시뮬레이션 장치(100)는 후술하는 SPH 기반의 유체 해석 시뮬레이션 방법을 수행하는 프로세서를 탑재한 모든 장치를 포함할 수 있다.
유체 해석 시뮬레이션 장치(100)는 유체의 3차원 유동해석을 수행한다. 즉, 유체 해석 시뮬레이션 장치(100)는 3차원 시뮬레이션 영역 및 3차원 시뮬레이션 영역에 위치하는 복수의 입자를 모델링하고, 복수의 입자의 3차원 시뮬레이션 영역 내에서의 유동을 해석한다.
유체 해석 시뮬레이션 장치(100)는 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기반으로 유체를 해석하기 위한 시뮬레이션을 수행할 수 있다. SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)에서 사용될 수 있는 입자 방식의 유체 해석 기법의 하나이다. SPH는 유체의 움직임을 시뮬레이션하기 위하여, 해석 대상인 유체를 하나 이상의 입자로 표현할 수 있다. SPH는 각 입자를 추적하면서 입자가 가지는 물리량을 계산할 수 있고, 계산 결과에 기초하여 유체 해석 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
입력부(110)는 유체 해석 시뮬레이션을 위하여 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 입력부(110)는 사용자 단말과 같은 외부 장치로부터 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받을 수 있다. 입력부(110)는 외부 서버와의 통신을 통해 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받을 수 있다.
복수의 입자에 관한 데이터는 유체 해석 시뮬레이션을 수행하기 위하여 필요한 해석 대상에 관한 정보를 포함할 수도 있다. 복수의 입자에 관한 데이터는, 각 입자의 물성 정보를 포함할 수 있으며, 예를 들어 각 입자의 입자 반경, 질량, 밀도, 점성, 속도, 가속도 및 위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
측정 공간 설정부(120)는 복수의 입자가 존재하는 공간 중 수위를 측정할 측정 공간을 설정할 수 있다. 측정 공간은 복수의 입자를 모두 포함하도록 설정될 수 있고, 또는 복수의 입자 중 일부를 포함하도록 설정될 수 있다. 도 2a 및 2b는 측정 공간을 설정하는 과정을 예시적으로 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 입력부(110)에서 입력받은 복수의 입자에 관한 데이터에 따라, 복수의 입자(10)가 3차원 직교 좌표계(203)를 가진 공간 상에 배치될 수 있다.
측정 공간 설정부(120)는 복수의 입자가 존재하는 공간 중 측정 공간(201)을 예를 들어, 직육면체의 형태로 설정할 수 있다. 측정 공간(201)은 X축, Y축 및 Z축으로 이루어진 3차원 직교 좌표계(203)에서, X 좌표계 상의 최댓값 Xmax, X 좌표계 상의 최솟값 Xmin, Y 좌표계 상의 최댓값 Ymax, Y 좌표계 상의 최솟값 Ymin, Z 좌표계 상의 최댓값 Zmax 및 Z 좌표계 상의 최솟값 Zmin에 의해 설정될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 측정 공간 설정부(120)는 측정 공간(201)의 중심이 직교 좌표계(203)의 원점에 위치하도록, 측정 공간(201) 및 복수의 입자의 좌표를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 측정 공간(201)의 중심이 직교 좌표계(203)의 원점에 위치하도록 좌표계를 이동시킴으로써, 측정 공간의 좌표값 및 복수의 입자의 위치를 나타내는 좌표값이 변할 수 있다. 그러나, 측정 공간(201) 및 복수의 입자의 좌표를 이동시키더라도, 측정 공간(201)과 임의의 입자 간의 상대적인 위치는 변하지 않는다.
유체 해석 시뮬레이션 장치(100)는 입자 선별부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 입자 선별부는 복수의 입자 각각의 중심이 측정 공간(201)의 내부에 있는지 여부를 판단할 수 있다. 입자 선별부는 복수의 입자 중에서 측정 공간(201) 내부에 존재하는 입자를 하나 이상 선별할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이 입자 선별부는 입자 각각의 중심이 측정 공간(201)의 내부에 있는지 여부를 판단하여, 입자의 중심이 측정 공간(201)의 내부에 있는 입자(10a)를 선별할 수 있다. 또한, 입자의 중심이 측정 공간(201)의 외부에 있는 입자(10b)는 선별하지 않을 수 있다. 이를 통하여, 측정 공간(201)의 외부에 존재하는 입자들을 계산 과정에서 제외할 수 있다.
측정 공간(201)의 단면은 X 좌표계 및 Z 좌표계로 정의되고, 측정 공간(201)의 높이는 Y 좌표계로 정의될 수 있다. 예를 들어, X 좌표계 상의 최댓값 Xmax과 최솟값 Xmin 사이, Y 좌표계 상의 최댓값 Ymax과 최솟값 Ymin 사이 및 Z 좌표계 상의 최댓값 Zmax과 최솟값 Zmin 사이에 측정 공간(201)이 설정될 수 있다.
샘플링 공간 생성부(130)는 측정 공간(201)을 측정 공간의 높이 방향(Y축 방향)으로 형성된 복수의 샘플링 공간으로 분할할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 공간은 측정 공간과 높이가 같고, 측정 공간보다 좁은 면적의 단면(예컨대, 바닥면)을 가지는 직육면체의 형태로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 샘플링 공간 생성부(130)는 측정 공간의 바닥면(301)을 X 좌표계의 X 좌표값 및 Z 좌표계의 Z 좌표값으로 정의되는 복수의 샘플링 영역(303)으로 분할할 수 있다. 샘플링 영역(303)은 예를 들어, 정사각형의 형태를 가질 수 있다. 또한, 샘플링 영역(303)은 한 변의 길이가 입자의 지름과 동일한 값을 가지도록 형성될 수 있다.
샘플링 공간 생성부(130)는 X 좌표값, Z 좌표값 및 Y 좌표계의 Y 좌표값으로 정의되는 샘플링 공간을 생성할 수 있다. 샘플링 공간은 샘플링 영역(303)을 바닥면으로 하고, 측정 공간의 높이 방향으로 형성될 수 있다.
샘플링 공간 생성부(130)는 생성된 복수의 샘플링 공간 중 입자를 포함하지 않는 샘플링 공간을 제거할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 공간 생성부(130)는 입자의 중심이 샘플링 공간의 내부에 있는지 여부를 판단하여, 입자를 포함하지 않는 샘플링 공간을 제거할 수 있다. 이를 통하여, 입자를 포함하지 않는 샘플링 공간을 계산 과정에서 제외할 수 있다.
수위 측정부(140)는 샘플링 공간 각각에 포함되는 입자의 높이에 기초하여 측정 공간의 수위를 측정할 수 있다. 다시 도 1을 참조하면, 수위 측정부(140)는 입자 높이 도출부(141), 입자 정렬부(142), 입자 그룹 생성부(143) 및 입자 그룹 선별부(144)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 샘플링 공간은 하나 이상의 입자를 포함할 수 있다. 입자 높이 도출부(141)는 샘플링 공간에 포함되는 입자 각각의 높이값을 도출할 수 있다. 입자 정렬부(142)는 도출된 입자 각각의 높이값을 기준으로 샘플링 공간에 포함되는 입자를 오름차순으로 정렬할 수 있다.
예를 들어, 샘플링 공간에 입자 P1, P2, P3, P4 및 P5가 포함되어 있다고 가정한다. 이때, P1 내지 P5의 입자 각각의 높이값을 도출하면, P1의 높이값 YP1=-3, P2의 높이값 YP2=-9, P3의 높이값 YP3=10, P4의 높이값 YP4=4, P5의 높이값 YP5=-1일 수 있다. P1 내지 P5의 입자 각각의 높이값에 기초하여, P1 내지 P5의 입자를 오름차순으로 정렬하면, 샘플링 공간에 포함되는 입자는 P2, P1, P5, P4, P3 순으로 정렬될 수 있다.
입자 그룹 생성부(143)는 정렬된 입자를 그룹핑하여 하나 이상의 입자 그룹을 생성할 수 있다. 입자 그룹은 동일한 샘플링 공간에 포함되는 입자 각각의 높이값에 기초하여, 소정의 기준으로 입자를 그룹핑하여 생성된 것이다. 샘플링 공간은 하나 이상의 입자 그룹을 포함할 수 있고, 각 입자 그룹은 하나 이상의 입자를 포함할 수 있다.
입자 그룹 생성부(143)는 인접하는 두 입자 간의 높이의 차가 기설정된 값 이하인 경우에는 동일한 입자 그룹으로 분류할 수 있다. 입자 그룹 생성부(143)는 인접하는 두 입자 간의 높이의 차가 기설정된 값 이상인 경우에는 서로 다른 입자 그룹으로 분류할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도면부호 501과 같이, 인접하는 두 입자 간의 높이의 차가 기설정된 값 이상인 경우에 인접하는 두 입자는 서로 다른 입자 그룹으로 분류될 수 있다. 이에 반해, 도면부호 502와 같이, 인접하는 두 입자 간의 높이의 차가 기설정된 값 이하인 경우에 인접하는 두 입자는 동일한 입자 그룹으로 분류될 수 있다. 이와 같은 방식으로 입자 그룹 생성부(143)는 샘플링 공간에 포함되는 입자들을 그룹핑하여 하나 이상의 입자 그룹(511, 512, 513)을 생성할 수 있다.
입자 그룹 선별부(144)는 생성된 입자 그룹 중 하나의 입자 그룹에 포함되는 입자의 높이의 최댓값과 최솟값의 차가 가장 큰 입자 그룹(예를 들어, 가장 많은 입자를 포함하는 입자 그룹)을 선별할 수 있다. 예를 들어, 입자 그룹 G1은 3개의 입자를 포함하고, 입자 그룹 G2는 5개의 입자를 포함하고, 입자 그룹 G3은 2개의 입자를 포함하는 경우, 입자 그룹 선별부(144)는 하나의 입자 그룹에 포함되는 입자의 높이의 최댓값과 최솟값의 차가 가장 큰 입자 그룹인 G2를 선별할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 입자 그룹 선별부(144)는 샘플링 공간에 생성된 입자 그룹 511, 512 및 513 중에서 하나의 입자 그룹에 포함되는 입자의 높이의 최댓값과 최솟값의 차가 가장 큰 입자 그룹(도면에 가장 크게 표시됨) 512를 선별할 수 있다.
수위 측정부(140)는 생성된 샘플링 영역 각각에 대하여 선별된 입자 그룹에 포함되는 입자 중 가장 큰 높이를 가지는 입자의 높이값을 측정 공간의 수위로 측정할 수 있다.
도 6을 참조하면, 측정 공간의 바닥면을 분할하여 생성된 샘플링 영역 각각에 대하여 선별된 입자 그룹이 하나 이상 존재할 수 있다. 각 입자 그룹에 포함되는 입자 중 가장 큰 높이를 가지는 입자(10c)가 존재할 수 있다. 수위 측정부(140)는 선별된 입자 그룹에 포함되는 입자 중 가장 큰 높이를 가지는 입자(10c)의 높이값을 측정 공간의 수위(601)로 측정할 수 있다.
유체 해석 시뮬레이션 장치(100)는 도시하지 않은 유동 데이터 계산부를 더 포함할 수 있다.
유동 데이터 계산부는 SPH 알고리즘을 이용하여 각 입자와 이웃 입자 간의 충돌 또는 각 입자와 구조물 모델을 구성하는 다각형 간의 충돌로 인해 발생하는 유동 데이터를 계산하고, 유동 데이터에 기초하여 유체 해석 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
SPH 알고리즘은 각 입자의 물성 정보(예컨대, 질량, 속도, 점성 및 가속도)를 이용하여 각 입자의 유동을 연산하는 것으로서, 각 입자의 물성 정보는 각 입자의 위치를 중심으로 한 방사형 베이시스 함수와 같은 커널 함수(Kernel Function) 세트를 사용하여 보간된다.
이러한 방식으로 각 입자의 물성 정보를 보간하면 나비에-스토크스 방정식과 같은 표준 방정식을 사용하여 유체의 동역학을 계산하는데 사용할 수 있는 압력 필드 및 점성 필드와 같은 연속 필드가 생성된다.
예를 들어, 나비에-스토크스 방정식은 유체를 다음과 같이 모델링한다.
Figure PCTKR2019018578-appb-M000001
수학식 1에서 "v"는 입자의 속도, "ρ"는 입자의 밀도, "p"는 입자에 대한 압력, "g"는 중력, “μ”는 유체의 점성계수를 나타낸다.
한편, SPH 알고리즘에 의하면, 각 입자의 밀도는 수학식 2에 의해 도출된다.
Figure PCTKR2019018578-appb-M000002
또한, 각 입자의 압력에 의한 힘은 수학식 3에 의해 도출된다.
Figure PCTKR2019018578-appb-M000003
또한, 각 입자의 점성에 의한 힘은 수학식 4에 의해 도출된다.
Figure PCTKR2019018578-appb-M000004
유동 데이터 계산부는 SPH 알고리즘을 이용하여 각 입자의 밀도, 압력 및 점성 등의 유동 데이터의 변화값을 연산한다. 예를 들어, 유동 데이터 계산부는 각 입자의 초기 유동 데이터에 기초하여 다음 시간 스텝(제 1 시간 스텝)에서의 각 입자의 유동 데이터를 연산하고, 이에 기초하여 각 입자의 유동을 연산한다.
또한, 유동 데이터 계산부는 제 1 시간 스텝에서의 각 입자의 유동 데이터에 기초하여 그 다음 시간 스텝에서의 각 입자의 유동 데이터를 연산하고, 이에 기초하여 각 입자의 유동을 연산한다.
유동 데이터 계산부는 각 시간 스텝에서의 각 입자의 유동 데이터를 연산하여 각 입자의 유동을 연산함으로써, 유체 해석 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 해석 시뮬레이션 방법의 순서도이다. 도 7에 도시된 장치(100)에서 수행되는 유체 해석 시뮬레이션 방법(700)은 도 1에 도시된 실시예에 따라 장치(100)에 의해 시계열적으로 처리되는 단계들을 포함한다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 1에 도시된 실시예에 따른 장치(100)에서 수행되는 유체 해석 시뮬레이션을 하는 방법에도 적용된다.
단계 S710에서 장치(100)는 유체 해석 시뮬레이션을 위하여 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받을 수 있다.
단계 S720에서 장치(100)는 복수의 입자가 존재하는 공간 중 수위를 측정할 측정 공간을 설정할 수 있다.
단계 S730에서 장치(100)는 측정 공간을 측정 공간의 높이 방향으로 형성된 복수의 샘플링 공간으로 분할할 수 있다.
단계 S740에서 장치(100)는 샘플링 공간 각각에 포함되는 입자의 높이에 기초하여 측정 공간의 수위를 측정할 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S710 내지 S740은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 전환될 수도 있다.
도 1 내지 도 7을 통해 설명된 유체 해석 시뮬레이션 장치에서 유체 해석 시뮬레이션을 하는 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 7을 통해 설명된 유체 해석 시뮬레이션 장치에서 유체 해석 시뮬레이션을 하는 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램의 형태로도 구현될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기반의 유체 해석 시뮬레이션 장치에 있어서,
    유체 해석 시뮬레이션을 위하여 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받는 입력부;
    상기 복수의 입자가 존재하는 공간 중 수위를 측정할 측정 공간을 설정하는 측정 공간 설정부;
    상기 측정 공간을 상기 측정 공간의 높이 방향으로 형성된 복수의 샘플링 공간으로 분할하는 샘플링 공간 생성부; 및
    상기 샘플링 공간 각각에 포함되는 입자의 높이에 기초하여 상기 측정 공간의 수위를 측정하는 수위 측정부
    를 포함하는 유체 해석 시뮬레이션 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 공간 설정부는 상기 측정 공간의 중심이 직교 좌표계의 원점에 위치하도록 상기 측정 공간 및 상기 복수의 입자의 좌표를 이동시키는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 입자 각각의 중심이 상기 측정 공간의 내부에 있는지 여부를 판단하여 상기 복수의 입자 중에서 상기 측정 공간 내부에 존재하는 입자를 선별하는 입자 선별부
    를 더 포함하는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 측정 공간의 단면은 X 좌표계 및 Z 좌표계로 정의되고, 상기 측정 공간의 높이는 Y 좌표계로 정의되고,
    상기 샘플링 공간 생성부는 상기 측정 공간의 바닥면을 상기 X 좌표계의 X 좌표값 및 상기 Z 좌표계의 Z 좌표값으로 정의되는 복수의 샘플링 영역으로 분할하고, 상기 X 좌표값, 상기 Z 좌표값 및 상기 Y 좌표계의 Y 좌표값으로 정의되는 상기 샘플링 공간을 생성하는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 샘플링 공간 생성부는 상기 생성된 복수의 샘플링 공간 중 상기 선별된 입자를 포함하지 않는 샘플링 공간을 제거하는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수위 측정부는 상기 샘플링 공간에 포함되는 입자 각각의 높이값을 도출하는 입자 높이 도출부;
    상기 도출된 입자 각각의 높이값을 기준으로 상기 샘플링 공간에 포함되는 입자를 오름차순으로 정렬하는 입자 정렬부;
    상기 정렬된 입자를 그룹핑하여 하나 이상의 입자 그룹을 생성하는 입자 그룹 생성부; 및
    상기 생성된 입자 그룹 중 하나의 입자 그룹에 포함되는 입자의 높이의 최댓값과 최솟값의 차가 가장 큰 입자 그룹을 선별하는 입자 그룹 선별부를 포함하는, 유체 해석 시뮬레이션 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 입자 그룹 생성부는 인접하는 두 입자 간의 높이의 차가 기설정된 값 이하인 경우에는 동일한 입자 그룹으로 분류하고, 상기 인접하는 두 입자 간의 높이의 차가 기설정된 값 이상인 경우에는 서로 다른 입자 그룹으로 분류하는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 수위 측정부는 상기 생성된 샘플링 영역 각각에 대하여 상기 선별된 입자 그룹에 포함되는 입자 중 가장 큰 높이를 가지는 입자의 높이값을 상기 측정 공간의 수위로 측정하는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 장치.
  9. SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기반의 유체 해석 시뮬레이션 방법에 있어서,
    유체 해석 시뮬레이션을 위하여 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받는 단계;
    상기 복수의 입자가 존재하는 공간 중 수위를 측정할 측정 공간을 설정하는 단계;
    상기 측정 공간을 상기 측정 공간의 높이 방향으로 형성된 복수의 샘플링 공간으로 분할하는 단계; 및
    상기 샘플링 공간 각각에 포함되는 입자의 높이에 기초하여 상기 측정 공간의 수위를 측정하는 단계
    를 포함하는 유체 해석 시뮬레이션 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 측정 공간을 설정하는 단계는 상기 측정 공간의 중심이 직교 좌표계의 원점에 위치하도록 상기 측정 공간 및 상기 복수의 입자의 좌표를 이동시키는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 입자 각각의 중심이 상기 측정 공간의 내부에 있는지 여부를 판단하여 상기 복수의 입자 중에서 상기 측정 공간 내부에 존재하는 입자를 선별하는 단계
    를 더 포함하는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 측정 공간의 단면은 X 좌표계 및 Z 좌표계로 정의되고, 상기 측정 공간의 높이는 Y 좌표계로 정의되고,
    상기 샘플링 공간을 생성하는 단계는 상기 측정 공간의 바닥면을 상기 X 좌표계의 X 좌표값 및 상기 Z 좌표계의 Z 좌표값으로 정의되는 복수의 샘플링 영역으로 분할하고, 상기 X 좌표값, 상기 Z 좌표값 및 상기 Y 좌표계의 Y 좌표값으로 정의되는 상기 샘플링 공간을 생성하는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 샘플링 공간을 생성하는 단계는 상기 생성된 복수의 샘플링 공간 중 상기 선별된 입자를 포함하지 않는 샘플링 공간을 제거하는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 수위를 측정하는 단계는 상기 샘플링 공간에 포함되는 입자 각각의 높이값을 도출하는 단계;
    상기 도출된 입자 각각의 높이값을 기준으로 상기 샘플링 공간에 포함되는 입자를 오름차순으로 정렬하는 단계;
    상기 정렬된 입자를 그룹핑하여 하나 이상의 입자 그룹을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 입자 그룹 중 하나의 입자 그룹에 포함되는 입자의 높이의 최댓값과 최솟값의 차가 가장 큰 입자 그룹을 선별하는 단계를 포함하는, 유체 해석 시뮬레이션 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 입자 그룹을 생성하는 단계는 인접하는 두 입자 간의 높이의 차가 기설정된 값 이하인 경우에는 동일한 입자 그룹으로 분류하고, 상기 인접하는 두 입자 간의 높이의 차가 기설정된 값 이상인 경우에는 서로 다른 입자 그룹으로 분류하는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 수위를 측정하는 단계는 상기 생성된 샘플링 영역 각각에 대하여 상기 선별된 입자 그룹에 포함되는 입자 중 가장 큰 높이를 가지는 입자의 높이값을 상기 측정 공간의 수위로 측정하는 것인, 유체 해석 시뮬레이션 방법.
  17. SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기반의 유체 해석 시뮬레이션을 하는 명령어들의 시퀀스를 포함하는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 경우,
    유체 해석 시뮬레이션을 위하여 복수의 입자에 관한 데이터를 입력받고,
    상기 복수의 입자가 존재하는 공간 중 수위를 측정할 측정 공간을 설정하고,
    상기 측정 공간을 상기 측정 공간의 높이 방향으로 형성된 복수의 샘플링 공간으로 분할하고,
    상기 샘플링 공간 각각에 포함되는 입자의 높이에 기초하여 상기 측정 공간의 수위를 측정하도록 하는 명령어들의 시퀀스를 포함하는, 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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