그리드 환경 하에서 DNS/LES/LBM을 이용한 고성능, 고효율 열교환기 설계 기술 개발

Abstract

Ⅰ. 제 목 그리드 환경하에서 DNS/LES/LBM을 이용한 고성능, 고효율 열교환기 설계 기술 개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 중요성 본 연구에서는 DNS (Direct Numerical Simulation), LES (Large Eddy Simulation) 및 LBM(Lattice Boltzmann Method) 방법을 사용함으로써 유동의 모든 스케일의 와동 구조를 상세하게 해석할 수 있으며, 이 방법을 사용하여 구한 상세한 정보는 보다 간단한 다른 난류 모델링의 개발에 타당성을 부여할 수 있는 중요한 자료가 된다. 현재 정부와 KISTI가 추진하고 있는 “국가 그리드 사업”을 통하여 구축된 그리드 환경 하에서 이러한 계산을 수행해 그리드 환경에서의 응용프로그램의 성능을 측정하고 나아가 열교환기 주변의 비정상/3차원 열유동의 상세한 해석을 통해 고성능, 고효울의 열교환기 설계기술을 개발 하고자 한다 Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 - 복잡한 열교환기 주위의 비정상/3차원 열유동 현상 해석. - 열교환기 주위의 정확한 압력 강하 및 열전달 계수 계산. - 복잡한 형상의 열유동 해석을 위한 DNS/LES 및 병렬화 기법 개발. - 유동 소음 예측을 위한 LBM 및 병렬화 기법 개발 - 최적화 기법을 도입한 열교환기 설계 해석 기법 개발. - 고성능/고효율/저소음의 최적의 열교환기 설계 기술 개발. Ⅳ. 연구개발결과 - Immersed Boundary Method를 이용한 복잡한 열교환기 주위의 열유동 현상 해석 - 복잡한 형상의 열유동 해석을 위한 DNS/LES 및 병렬화 기법 개발 - 유동 소음 예측을 위한 LBM 및 병렬화 기법 개발 - 국내 전역에 걸친 그리드 테스트 베드에서의 응용 프로그램 성능 테스트 - 국제 공동연구를 위한 NCSA 와 부산대 간의 그리드 테스트 베드 구축 및 응용 프로그램 성능 테스트 Ⅴ. 연구개발의 활용에 대한 건의 그리드 환경하에서 국내간 또는 국제간 테스트베드의 구축에 관한 기술적인 내용 및 그리드 환경하에서의 응용프로그램을 실행하는 노하우등을 참고할 수 있을 것이다. Ⅵ. 기 대 효 과 - 본 연구를 수행하는 동안 미국 Urbana-Champaign 소재 Illinois 대학의 Balachandar 교수와 국제 공동연구를 수행함으로써 DNS/LES/LBM을 사용하여 난류 유동의 구조를 명확히 규명하고 미국의 NCSA 및 중국 절강대학의 Cen 교수 그룹과의 국제 공동 연구를 통해 그리드 환경에서의 응용프로그램 연구에 있어 전 세계의 선두 그룹으로 나아갈 수 있을 것이다. - 그리드 환경 하에서 병렬 컴퓨팅 연구를 수행하는 에너지 기술 관련 전문 인력의 육성에 크게 기여할 것이며 에너지 절약형 열교환기의 국내 설계 기술 확보를 통한 국가 기술 경쟁력을 확보하게 될 것이다.

Ⅰ. Title A development of the high-performance and high-efficiency heat exchanger design techniques using LES/DNS/LBM under the grid environment. Ⅱ. Objective of the study and its importance - Development of the optimal heat exchanger design technique with high performance and high efficiency under the grid environment. - Development of energy-saving and amenity-controlled air-conditioning system. Ⅲ. Content and scope of the study - Analysis of the unsteady and 3-dimensional thermo-fluid flow in the heat exchanger under the grid environment. - Deriving more accurate correlations for the pressure drop and heat transfer coefficients for the heat exchanger design. - Development of the parallel-computing program of DNS & LES for complex geometry of the heat exchanger. - Development of the LBM to predict and minimize the aero-acoustic noise in the heat exchanger. - Development of the optimal heat exchanger design techniques using the computer program with the optimization technique Ⅳ. Result of the study - Analysis of the thermo-fluid flow for complex geometry of the heat exchanger. - Development of the parallel-computing program of DNS & LES for complex geometry of the heat exchanger. - Development of the LBM to predict and minimize the aero-acoustic noise in the heat exchanger. - Make the grid environment using clusters scattered over the country. - Make the grid environment using clusters at PNU and NCSA. - Test application codes under the grid environment. Ⅴ. Suggestion for utilization This report contains the method how to make grid environment and how to execute application codes under the grid environment. So, researchers who investigate the grid middleware, network and applications can refer to this report. Ⅵ. Expected Effects - We will carry out the international collaboration with Prof. Balachandar at Dept. of TAM. in UIUC and with Prof. Cen`s group at Zhejiang University in China for DNS/LES and Grid computing. Then, we can make progress as a reading group in the wrold to carry out the research on turbulence and grid computing. - Present computer code to be developed in the present study can be applied to solve the very complex problems encountered in all kinds of thermo-fluid systems under the grid environment, which was not possible last time due to the limit of the computer resources.