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잠입경계법(Immersed Boundary Method)

전문가 제언: □ 전통적으로 시뮬레이션에 사용되는 격자는 좋은 수렴성을 위하여 격자 선을 물체의 형상과 일치하는 형태로 만든다. 그러나 이것은 격자를 만드는 과정이 필요한데, 이 과정은 작업자에 의한 여러 가지 많은 입력과 복잡한 조정 과정이 필요하다. 이러한 불편함을 없애기 위해 개발된 방법이 잠입경계법(immersed boundary method)으로 1972년 Peskin에 의해 심장의 운동과 혈액 흐름을 시뮬레이션하기 위해 최초로 개발된 방법이다. 이 기법의 특징은 주어진 시뮬레이션이 직각좌표 격자에서 실행되고, 유동 상에 잠입경계의 효과를 고려한 독특한 과정이 형성된다는 것이다.

□ 이것은 격자의 생성이 아주 간단하기 때문에 복잡한 기하학적 형상이나 이동 경계를 갖는 유체 유동의 전산 모델을 개발하는 것이 상대적으로 쉽고, 복잡한 격자의 필요성을 없애므로 시뮬레이션을 준비하고 초기화하는데 들이는 시간과 노력을 현저히 줄일 수 있다. 이 기법은 현재 생물학적 유동과 다상 유동(multi-phase flow) 분야에서 적용되고 있으며 앞으로 복잡한 난류 유동, 유체와 구조물의 상호작용, 그리고 복합 물리학적 시뮬레이션 분야에서 폭넓게 적용될 것으로 기대된다.

□ 이 기법은 작거나 중간의 레이놀즈수 유동에서는 성공적이었으나, 큰 레이놀즈수에서는 아직도 몇 가지 풀어야할 과제들이 남아있다. 이것은 물체의 표면이 격자를 절단하면서 지나기 때문에 이 부위의 처리가 중요하게 대두된다. 또한 명확한 경계조건을 부여하는 것도 잠입경계법에서는 수월하지 않은 상태이다. 시뮬레이션뿐만 아니라 여기에 사용되는 격자의 생성 모두가 중요하던 전통적인 방법에서 벗어나 격자 생성 과정에 들어가는 시간과 비용을 줄일 수 있으므로, 점차 기하학적으로 복잡해지는 유동의 시뮬레이션 분야에서 이 기법의 사용이 확대될 것으로 예상된다.

저자: Mittal, R; Iaccarino, G
자료유형: 학술정보