비정렬 격자 유동 해석자 pyBaram에 충격파 안정적인 Rotated-RoeM 기법 적용

초록

압축성 유동을 수치적으로 해석하는데 있어서 Riemann 문제 해석은 필수적인 요소이다. 1980년대 이후 다양한 기법들이 연구되어 왔으며, 그 중 Roe’s FDS (Flux Difference Splitting)이 정확도가 높고, 이 론적으로 잘 정리되었다는 점에서 널리 사용되고 있 다. 다만 이 기법은 뭉뚝한 동체에서 발달하는 궁형 충격파를 해석하는 과정에서 Carbuncle로 알려진 불 안정성이 문제로 알려졌다. 이를 해결하기 위한 다양 한 연구들이 진행되어 왔으며, 특히 다차원 유동장에 서 격자와 충격파의 방향을 고려해서 수치 점성을 조 절하는 RoeM 기법이 개발되었다(1). 다만 이 기법의 경우 다차원 유동 특성을 파악하기 위해 넓은 Stencil 을 탐색해야 해서, 특히 비정렬 격자 기반의 유동해석 자에 적용하는데 어려움이 있었다. 이를 해결하기 위해 기존에 RoeM 기법에서 다차원 충격파를 포착하는 항을 Rotated-Hybrid 전략으로 대 체하는 Rotated-RoeM 기법이 개발되었다. 이 기법은 기존의 RoeM 기법과 대등한 정확도 및 충격파 안정성 을 가지면서도, 인접 격자 정보만 사용하는 Compact stencil 특징을 가지고 있다(2). 본 연구에서는 개발한 Rotated-RoeM 기법을 오픈소스 비정렬 격자계 유동 해석자인 pyBaram(3)에 구현하고, 정확성 및 강건성을 확인하였다.