유체-구조 연성 해석을 위한 common-refinement 기법 기반의 불일치 격자 간 정보 전달 연구

Abstract

최근 각광받고 있는 다학제 간 통합 연구 중 유체-구조 연성 해석은 유체 유동과 그로 인한 구조부의 지속적인 변형을 통합적으로 고려하기 때문에 복잡한 물리현상을 모사하는데 효과적인 연구 분야이다. 하지만 유체와 구조 해석에 요구되는 격자의 크기가 서로 다르므로 상경계면에서 격자 불일치 현상이 발생하게 된다. 유체-구조 연성 해석은 격자 불일치 상경계면에서 지속적으로 물리량 정보를 주고받기 때문에 정보 전달 기법의 연구와 적용이 필수적이다. 본 연구는 유체-고체 연성 해석이 활발히 진행되고 있는 고체로켓의 3차원 연소실 상경계면 형상에 대해 정보 전달 기법 중 common-refinement 기법의 적용을 목적으로 수행되었다. 기법 구현은 상경계면에 common surface를 구성하고 특정 error norm을 최소화 시키는 minimization 내삽법을 적용하는 과정으로 수행되었다. 이를 바탕으로 다양한 다차원 상경계면 형상에서 연속 및 불연속 함수를 이용한 정보 전달 실험을 수행하였고, 다른 기법들과 해석 결과를 비교하였다. 정보 전달 실험 결과 common-refinement 기법은 전달 정보의 정확성 측면에서 타 기법에 비해 오차 적층이 작고, 보존성을 만족시키는 장점을 확인할 수 있었다. 이 장점은 실제 유체-구조 연성 해석에 사용되는 형상에서 월등하게 나타났으며, 이를 바탕으로 유체-구조 연성 해석 시 common- refinement 기법의 적용이 적절함을 판단할 수 있었다.

During multi-physics or multi-phase simulations accompanying fluid-structure thermal interaction, data transfer problems always arise along non-matching interfaces caused by different computational meshes for each physical domain. Common-refinement scheme, among many available methods, is attractive since it is known to yield conservative and accurate data transfer for non-matching interface cases. This is particularly important in simulating compressible unsteady fluid-structure thermal interaction inside solid propellant rockets, where grid size along solid-fluid interfaces is substantially different. From this perspective, we examine performances of common-refinement-based data transfer scheme between structured quadrilateral (structure part) and unstructured triangular (fluid part) meshes by comparing computed results with other data transfer methods.