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SPH 이론 설명

SPH (SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS)

SPH는 격자에 기반하는 Eulerian 기법의 수치해석 방법인 유한요소법(FEM), 유한차분법(FDM), 유한체적법(FVM)과 달리 Meshless 기법 중 하나로 격자에 기반하지 않고 유체 질점의 운동을 따라가며 유동을 해석합니다.

이런 고유 특성 때문에 기존 격자 기반으로 해석하기 어려운 물리적 현상들을 보다 유연하고 쉽게 해석합니다. 특히 비선형 자유표면 유동을 탁월하게 분석할 수 있어 타이어 아쿠아 플래닝, 기어박스 오일링, 스프레잉과 같은 복잡하고 동적인 유동현상을 쉽게 해석할 수 있으며, 정적인 상태 혹은 움직이는 물체와 상호작용으로 인해 생성된 액면 현상, 버블과 같은 자유표면 현상에 대해 좋은 결과를 제공합니다. 또한 다중 코어 아키텍쳐에서 병렬화가 편리하기에 GPU를 이용한 병렬컴퓨팅에도 상당히 유리합니다.

SPH는 Lagrangian 기법을 사용하는 입자법(Particle Method)으로 천체물리학 현상을 계산하기 위해 1977년에 Lucy Gingold, Monaghan에 의해 개발되었습니다. 90년대 들어와 본격적으로 엔지니어링 분야까지 확장되어 사용하고 있으며, 전통적인 수치 기법들과 비교해 최근 20년 사이에 학계와 산업에서 SPH에 대한 활발한 연구 중에 있으며 변형이 매우 크게 발생하는 연성이 높은 물질, 액체-고체 간 상호작용, 압축성 및 비압축성 유동 해석까지 활용 범위를 넓히고 있습니다.

NFLOW SPH CAPABILITIES

NFLOW SPH APPLICATIONS

설계 안전성 검증

  • 자동차 안전성 검증 및 설계 신뢰성 확보
  • 연료 탱크 슬로싱 현상 해석
  • 항공 엔진 열 성능 평가
  • 해양 현상에서의 안전성 및 효율성 검토

  • 엔진 발열, 방열 현상 분석
  • 가열로, 원자로, 용광로 내 과열 현상 분석
  • 해수 유입에 따른 발전기 해열 효율성 검증

배수 / 배관

  • 도로 배수 취약 구간 검토 및 설계 최적화
  • 배수 시설물의 물 고임 현상
  • 선박 내 외부 유입 유동 고임 구간 검토

설계 안전성 검증

  • 자동차 안전성 검증 및 설계 신뢰성 확보
  • 연료 탱크 슬로싱 현상 해석
  • 항공 엔진 열 성능 평가
  • 해양 현상에서의 안전성 및 효율성 검토

  • 엔진 발열, 방열 현상 분석
  • 가열로, 원자로, 용광로 내 과열 현상 분석
  • 해수 유입에 따른 발전기 해열 효율성 검증

배수 / 배관

  • 도로 배수 취약 구간 검토 및 설계 최적화
  • 배수 시설물의 물 고임 현상
  • 선박 내 외부 유입 유동 고임 구간 검토

FLEXIBILITY
ELABORATE
RAPIDITY

EXPERIENCE THE FUTURE WITH INFINITE POSSIBILITY

LBM 이론 설명

LBM (LATTICE BOLTZMANN METHODS)

LBM은 Lattice Boltzmann Method의 약자로 입자의 분포함수(distribution function)를 이용해서 유체의 운동을 해석하는 기법입니다. 이때 분포함수는 물리적 공간과 시간에서 특정 속도를 갖는 입자들의 밀도를 의미하며, 이 분포함수를 이용해서 밀도와 운동량 등 거시적인 유동의 물성치를 계산할 수 있습니다. LBM은 입자분포함수의 시간에 따른 변화를 수치적으로 계산하는 방식으로 나비에-스토크스 (Navier-Stokes) 방정식을 수치적으로 계산하는 기존의 유한체적법 (FVM, Finite Volume Method)과는 차이가 있습니다. 이렇게 유체의 운동을 기술하는 방식의 차이로 LBM은 기존의 CFD 대비 전처리가 간단하고 복잡한 형상에도 쉽게 적용이 가능합니다. 또한, 기존 CFD 에서 해석이 어려웠던 미시적 스케일의 유동해석이 가능하여 활용도가 높습니다.

LBM 기법은 LGA (Lattice Gas Automata)로부터 발전되었으며, 볼츠만 방정식으로부터 유도된 격자 볼츠만 방정식(LBE)을 바탕으로 이론적인 토대가 세워지게 되었습니다. 기존의 FVM CFD 대비 간단한 전처리 과정과 지역적 연산의 가능성으로 많은 연구자들의 관심을 받게 되었습니다. 최근 10년 사이에 학계와 산업에서 LBM에 대한 꾸준한 연구가 진행되고 있으며, 기존 LBM의 한계로 인식되었던 초음속 영역의 적용이 가능해졌습니다. 또한, 열, 소음해석 뿐만 아니라, DEM 및 FEM과의 커플링을 통해서 활용 범위를 넓혀가고 있습니다.

NFLOW LBM CAPABILITIES

NFLOW LBM APPLICATIONS

소음 해석

  • 자동차 사이드미러, 상단 루프 풍점으로 인한 소음 분석
  • 선박 추진력 블레이드 수중 소음 분석
  • 방음 소재 제조 및 효과 분석

의료공학

  • 심혈관 질환 예측
  • 콜로이드 시스템 해석
  • 호흡계통 해석

회전체 해석

  • 냉동 Cycle 시뮬레이션
  • 팬 등 회전체 동역학 분석
  • 풍력 터빈 시뮬레이션

소음 해석

  • 자동차 사이드미러, 상단 루프 풍점으로 인한 소음 분석
  • 선박 추진력 블레이드 수중 소음 분석
  • 방음 소재 제조 및 효과 분석

의료공학

  • 심혈관 질환 예측
  • 콜로이드 시스템 해석
  • 호흡계통 해석

회전체 해석

  • 냉동 Cycle 시뮬레이션
  • 팬 등 회전체 동역학 분석
  • 풍력 터빈 시뮬레이션

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