Trend in CFD Technology and CFD Case Simulation on Drilling

1. 서 론최근 공학산업이 고도화, 정밀화, 다양화되어 부품과 장치 산업에 대한 정밀 설계 및 최적설계가 요구되고 있다.분야에 관계없이 시스템 및 부품의 설계 시 시간과 비용을 절감하면서 다양한 형태의 설계 결과를 통해 보다 최적화된 제품을 생산하고자 하는 것이 생산성 향상 및 기술고도화를 추구하는 현대 공학의 궁극적인 목표이기도 하다. 이러한 현대 공학의 목표를 달성하기 위해서는 전산설계 및 수치해석 기법이 요구되며 시스템 및 제품설계에 있어 불가결한 부분이 되었다.다양한 수치해석 기법 중 본 논문은 전산유체역학의 소개 및 기술동향, 이를 이용한 연구사례에 대하여 서술되었다. 열-유체 기기를 설계하는데 있어 중요한 방안이 되고 있다. 이러한 전산유체역학은 전산처리능력을 이용해 유체의 운동을 해석하는 기법 CFD (Computational Fluid Dynamics)라는 명칭으로 잘 알려져 있으며, 유체역학과 수치해석을 병합시켜 수학적으로 풀기 어려운 비선형 편미분 방정식들의 근사해를 구하는 기법을 말한다. Flow Solver라고 불리는 유동해석 기법은 유한차분법(Finite Difference Method), 유한요소법(Finite Element Method), 그리고 유한 체적법(Finite Volume Method) 중에서 한 가지 방법을 선택하게 되어 유동현상의 예측이 가능하다. 이러한 CFD 기법을 이용해 다양한 유동장의 복잡한 물리 현상을 예측이 가능해졌으며, 그 결과로 전산유체역학은 열-유체 기기 및 고효율의 비행체나 미사일등의 개발을 위해 사용되고 있다. 또한 전산유체역학 CFD 기술 발전에 필수적인 요소인 Computing Power 역시 함께 증대되고 있어 앞으로의 기술은 더욱 발전하리라 예상된다.현재의 CFD 기술은 단순한 압축/비압축성의 유체 거동에 대한 해석을 넘어 그림 1과 같이 대기유동, 건물 환기, 자동차 주위의 공력 해석, 냉각 팬 및 전기 모터의 열-유동해석, 항공기 해석, 엔진의 연소 그리고 MEMS 기구설계 등 다양한 분야에서 활발히 사용되고 있다.2. 전산유체역학 분야의 최근 기술 동향전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, 이하 CFD)은 유체유동, 열전달 및 이와 관련된 화학반응 등의 현상들을 컴퓨터 기반의 시뮬레이션을 통해 근사적으로 해석하는 기술 분야라고 정의할 수 있다. 1960년대부터 우주항공분야에서 CFD 기법들을 항공기와 제트엔진의 설계, 연구 개발 및 제조분야에 도입하였으며, 이후 내연기관, 가스터빈의 연소 시스템의 설계에 활용되었으며, 자동차의 항력계산과 엔진룸 방열 해석 등에 두루 활용되면서 제품 개발과정에서 필수적인 요소로 인식되고 있다