GPU 가속화를 이용한 수심적분형 방정식 기반 이송확산 수치모형 개발

• 영문명: Development of an Advection-diffusion Model Using Depth-integrated Equations Based on GPU Acceleration
• 발행기관: 한국방재학회
• 저자명: 황순철(Hwang, Sooncheol) 손상영(Son, Sangyoung)
• 간행물 정보: 『2. 한국방재학회 논문집』 21권1호, 281~289쪽, 전체 9쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2021.02.28

국문 초록

본 연구에서는 GPU 가속화를 활용한 Boussinesq 파랑모형인 Celeris Advent에 수심평균된 이송확산방정식을 추가하여 스칼라 이송-확산 예측모형을 개발하였다. Boussinesq 방정식의 높은 정확성과 함께 수치모형의 안정성을 보장하기 위해 Hybrid Finite Volume-Finite Difference Method를 사용하였으며, 이송항과 확산항은 각각 유한체적법과 유한차분법을 이용하여 수치적으로 이산화하였다. 1차원공간에서의 흐름에 의한 스칼라 이송의 모의 결과는 수치확산의 발생 없이 해석해와 매우 정확히 일치하였다. 두 차례의 수리실험을 재현한 개수로에서의 스칼라 이송의 수치모의 결과에서도 실험결과와 양호하게 일치하였다. 개발모형은 오염물질 유출 시 실시간 재해예측과 함께 대응책을 마련하는 데 있어 기여할 것으로 예상된다.

영문 초록

A scalar transport model is developed by adding a depth-averaged advection-diffusion equation to Celeris Advent, which is a Boussinesq-type numerical model that utilizes GPU acceleration. The hybrid finite volume-finite difference method is used to guarantee numerical stability along with the high accuracy of the Boussinesq equation. The advective and diffusive terms are numerically discretized using the finite volume and finite difference methods, respectively. Results of a one-dimensional scalar advection benchmark test showed that the scalar advection by the proposed model was very close to the analytical solution without any remarkable numerical diffusion. In addition, two benchmark tests using experimental data from different hydraulic experiments were numerically reproduced, and the computed results and observed data for scalar transport were found to be in good agreement. The developed model is expected to contribute to real-time disaster prediction for contaminant spills and can assist in preparing countermeasures for these types of disasters.

목차

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 지배방정식

Ⅲ. 수치해석 기법

Ⅳ. 수치모의 결과 및 검증

Ⅴ. 결론

키워드

GPU Boussinesq 방정식 이송확산방정식 GPU Boussinesq Equation Advection-Diffusion Equation