물체 주위 유동의 난류 천이 현상 예측 및 정밀 모사 기법 개발
물체 주위 유동의 난류 천이 현상 예측 및 정밀 모사 기법 개발
  • 문병도 기자
  • 승인 2020.09.21 10:46
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지솔근 GIS 교수 연구팀
유동의 층류-난류 천이 과정에 대한 개념도 (그림제공=GIST)

[뉴스웍스=문병도 기자] 지솔근 광주과학기술원(GIST) 기계공학부 교수 연구팀이 부산대학교 항공우주공학과 교수와 협력연구를 통해 물체 주위 난류 유동의 시작인 천이 현상을 정확하게 예측하는 기법을 개발했다.

연구 성과는 자동차, 배, 비행기 등 운송체의 유체 저항을 야기 하는 난류 유동의 시작점을 예측하여 유체 저항을 정확히 예측하는데 기여하고, 정확한 유동 모사를 기반으로 하여 고속 비행체 개발 및 환경 친화적 운송체 개발에 기여할 것으로 기대된다.

난류 유동 방정식의 수학적인 해를 구하는 것은 수학분야에서 풀리지 않는 난제 중에 하나로, 슈퍼컴퓨터를 이용하는 시뮬레이션을 통해 복잡한 난류 유동 방정식의 해를 구하곤 한다.

연구에서는 난류의 시작인 천이 현상까지 적용 가능한 수치해석 기법이 개발됐다.

연구팀은 유동의 안정성 이론에 대와류모사를 접목시키는 참신한 방법을 제안하여 고정밀과 고효율 두 가지 목표를 달성할 수 있었다.

연구팀은 대와류모사에서 사용되는 난류모델의 중요성을 인지하게 되었고, 여러 모델을 검증하여 층류에서 난류로 천이되는 과정에서 효과적으로 활성화되는 난류 모델을 찾을 수 있었다.

난류 모델은 천이과정에서의 성능이 보장되지 않는데, 본 연구에서는 모델식이 유동 물리에 적합한지 추가적인 분석을 수행하였다.

지솔근 교수는 “이번 연구는 초음속·극초음속 고속 비행체 개발에 필요한 경계층 천이 예측에 활용될 수 있는 기초연구이다”라면서 “연구에서 개발된 유동 모사 기법으로 공학의 난제인 난류가 시작되는 천이 현상을 명확히 규명하는데 기여할 것으로 기대한다”라고 말했다.

과학기술정보통신부 우주핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행되고 한국과학기술정보연구원(KISTI) 국가초고성능컴퓨팅센터의 초고성능컴퓨팅 자원인 누리온을 활용한 이번 연구 성과는 기계공학 및 다학제공학 분야 저명 국제학술지인 컴퓨터 메소드 인 어플라이드 미캐닉스 앤 엔지니어링에 지난달 1일 온라인 게재되었으며 11월호 인쇄본으로 게재될 예정이다.

지솔근(왼쪽부터) 교수, 박동훈 교수, 김민우 박사과정 (사진제공=GIST)
지솔근(왼쪽부터) 교수, 박동훈 교수, 김민우 박사과정 (사진제공=GIST)

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