3차원 지표하 시스템에서 Lagrangian-Eulerian 유한요소법에 대한 입자추적 알고리즘 (Particle Tracking Method for the Lagrangian-Eulerian Finite Element Method in 3-D Subsurface System)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질공학회
· 수록지 정보 : 지질공학 / 19권 / 2호 / 205 ~ 215페이지
· 저자명 : 이재영, 강미아

초록

지표하 다공성매체에서 비정상상태의 유동을 해석하기 위한 종래의 수치적 모형들은 초기 건조한 토양으로의 강우로
인한 침투와 같은 한계적인 유입경계조건인 경우에 국지적 유동영역으로 인해 수치적 진동 및 불안정성을 초래한다. 이
러한 경우 주로 공간적으로 세분된 격자와 작은 계산시간 간격을 요구하는데 이는 계산의 효율성을 떨어뜨린다. 따라서
본 연구에서는 유입 경계조건을 포함하는 비정상 상태의 지표하 유동해석을 위해 입자추적 알고리즘을 적용하여 불연속
영역에서의 수치적 불안정성을 제거하고자 하였다. 즉, 수치적 안정성이 개선된 혼합 LE 유한요소기법을 제시하였다. 제
시된 모형의 수치적 검증을 위해 비정상 균일 유동장과 불균일 유동장의 가상예제에 적용한 결과 해석해와 유사한 결과를
얻을 수 있었고 이를 토대로 함양 및 양수에 대한 3차원 가상유역 모의에 적용되었다. 본 연구에서 제시한 입자추적 알
고리즘은 포화 및 불포화 다공성 매체의 유동을 보다 실질적으로 모의할 수 있으며 계산의 정확성 및 안정성에 크게 기
여할 것으로 판단되었다.

영어초록

The conventional numerical models to analyze flow in subsurface porous media under the transient state usually
generate numerical oscillation and unstability due to local flux domain for critical cases such as infiltration into initially
dry soil during rainfall period. In this case, it is required refined mesh and small time step, but it decrease efficiency of
computation. In this study, numerical unstability in discontinuity domain is removed by applying particle tracking
algorithm to simulate unsteady subsurface flow with inflow boundary condition. Finally the hybrid LE FEM
improving numerical stability is proposed. The hypothetical domains with unsteady uniform and nonuniform flow
field were used to demonstrated algorithm verification. In comparison with analytic solution, we obtained reasonable
results and conducted simulation of hypothetical 3-D recharge/pumping area. The proposed algorithm can simulate
saturated/unsaturated porous media with more practical problems and will greatly contribute to accuracy and stability of
numerical computation.

참고자료

· 없음