[re] 유체의 수치해석에 대한 의문

글쓴이
음냐
등록일
2002-08-17 21:37
조회
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>제가 유체쪽을 살짝 다루고 Flow 3D를 이용해서 해석도 조금 합니다만, 아직도 수치해석을 통한 유체라는 것은 제 이해를 넘어서는 영역인거 같습니다.

정확한 지적이며 자기성찰입니다. 님께서 밑에 써주신

"실험값은 모든 사람들이 신뢰한다. 실험을 한 사람을 빼고는..."
"수치해석값은 모든 사람들이 믿지 않는다. 그 코드를 만든 사람을 빼고는..."

이 말은 어떻게 보면 수치해석 전공자들의 자부심이기도 합니다.
실제로 코드를 만든 사람은 엄청나게 머리를 쓰고, 각종 문헌 찾아보고, 새로운 방법 시도해보고, 잘 될까 하는 맘에서 몇일 밤낮을 보내고서야 간단한 구조를 갖는 코드를 만들어 냅니다. 그런데 이넘의 코드가 한번에 맞는 경우가 아주 드물어서요. 몇번 간단한 버그를 찾아내 고쳐 보지만 도대체 값이 나올 생각이 없습니다. 그럼 새로 알고리즘 다시 이해하고, 유도해 낸 이산화 방정식이 맞는거냐 고민하고, 각 배열의 인덱스가 제대로 들어가 있나 찾아보고...... 수천 수만 줄의 코드를 프린트해서 조용한 도서관에 앉아 머리 쥐어짜며 색색의 펜으로 그어가며, 숨어 있는 버그를 찾지요.
음냐, 심하면 일주일 쉽게 밤샘입니다. 그리고 별의별 생각이 다 들지요. <난 이거밖에 안되는 걸까?> <다른 넘들은 쉽게 만들던데....> 거의 울음이 나올정도로.....

그러다가 값자기 버그가 눈에 들어오지요. 그러면 그때부터 코드가 잘 돌아가고....
코드의 정확도를 검증하는 문제의 해가 뚝딱 나오지요.

음냐하하하하하 성공이다. 크크크............

>Flow 3D로 해석할때, 살짝 해석적 파라메터들, 예를 들어, Convergence, Relaxation 변수등을 바꿔주거나, 혹은 non-uniform grid를 사용하였을때 너무나 다른 결과값들이 나오면 정말 당황스럽더군요.

위에서 님께서 언급하신 "각종 Factor가 해에 어떤 영향을 주는가?" 한번이라도 생각해 보셨습니까?
아니면 그런 Factor들을 언제 사용하는가 생각해 보셨습니까?
그리고 다른 결과값과 무엇이 어떻게 얼마나 다른가? 고민해 보셨습니까?
아주 터무니 없이(책에 나온 이론 밖의 값) 변수들을 바꾸거나, Mesh의 크기를 바꾸지 않는한 그런 경우는 없을 것입니다. 값이 다르더라도 봐줄 수 있는 값이겠지요.

>Flow 3D에서는 VOF를 해석방법으로 사용하는데, 예를 들어 노즐이 있을때 도메인을 노즐 전체를 잡고 해석을 하였을때랑, 노즐 끝부분 mesh를 좀더 refine해서 해석했을때 결과값이 다르면 정말 난감합니다.
>
무엇이 어떻게 다른지 모르겠군요. 전산유체역학에서는 Mesh 짜는 것도 기술입니다. 유동장의 특성를 모르고 Mesh를 짜면 결과가 제대로 나온다는 보장이 없습니다.


>또, control volume의 크기를 바꿔주는 경우, 예를 들어, (경우 1) 노즐 전체를 domain 1으로 잡았을때와 (경우 2) 노즐의 끝부분 50%를 domain 2로 잡은 두가지 경우가 있을때, domain 1에서의 50%되는 부분의 시간에 따른  압력값들을 domain 2의 upstream boundary conditon으로 잡고 나서 같은 grid size로 재해석했을때 결과값이 다르게 나오면 정말 황당합니다.

이런 경우는 님께서 뭔가 잘못을 하셨겠지요. 다른 값은 신경도 안쓰고 압력값만 신경쓰거나......


>반대로, 선형화된 Navier-Stokes를 이용하여 analytic solution을 구하여 대략적인 해를 구했을때, 수치해석값이 해석해와 너무 다르면 파라메터들을 바꿔주면 근사하게 나올때도 있습니다.
>이럴때, 양심이 걸립니다. 과연 잘못된 수치해석때문에 결과같이 해석해와 다르게 나오는지 아니면 수치해석과 관련된 파라메터들을 바꿔줘서 나오는 근사값이 올바른 것인지...

이런 패러메터를 설정하는게 예술입니다. 특히 비전공자들이 하는 실수가 그거지요. 무턱대고 엔터키 친다고 결과가 나오는것은 아닙니다. 모르는게 무지는 아니지요. 자신이 모른다는 것을 모르는 것이 문제 이지요.
실제로 실험 전공하신 분들이 겪는 경우 중의 하나 입니다. 어려운 컴퓨터 코드는 아니고, 그저 그래픽으로 화려한 화면에서 몇번 마우스 클릭하여 격자 짜고 적당한 변수를 주고 계산한면 해가 뚝딱나온다고 생각하는 사람 의외로 많습니다. 전산유체역학 그리 쉬운 학문 아닙니다.


>비근한 예로, 1차원 advection식의 finite difference method를 통한 해석에 있어서, 어떤 해석방법을 쓰느냐에 따라서 최종 시간에 있어서 결과치가 달라지죠.
>
>[참조: http://wms.ecmwf.int/newsevents/training/rcourse_notes/NUMERICAL_METHODS/NUMERICAL_METHODS/Numerical_methods3.html]


님께서 인용해 주신 사이트 깊게 읽어 보십시오. 그러면 최종시간에 있어서 결과치가 달라지는 이유가 잘 설명되어 있을 것 입니다.


>
>이런 문제들때문에 개인적으로는 수치해석을 통한 유체거동 실험은 대략적인 경향을 관찰하기 위한 참고자료로만 활용하고 있습니다. 결국, 인터넷에서 읽은 이 말이 떠오르네요.
>
>"실험값은 모든 사람들이 신뢰한다. 실험을 한 사람을 빼고는..."
>"수치해석값은 모든 사람들이 믿지 않는다. 그 코드를 만든 사람을 빼고는..."
>
>이 말이 정답인거 같네요. :)
>
>수치해석을 하시는 님들의 의견은 어떠한가요?

음냐......
뭐라고 답변을 드려야 할지.......
그래도 요즘 대부분의 문제들 잘 풀고 있는데.....
비행기 주위의 유동해석, 비행기 엔진 유동, 자동차 주위 유동, 일기예보에 필요한 기상예측,
연소실내의 연소, 난류, 유동소음, 등등 안쓰이는 분야가 없어요.
그러나 문제는 전산유체역학이 만능이 아니라는 것이죠. 아직도 못푸는 문제가 대부분이구.
해석한 값들이 정확하다는 보장도 없고......
그래도 실험 2번 할껄 한번으로 줄여줄 수 있고, 어마어마한 돈이 들어가는 실험을 대신해 줄수도 있고, 제품의 시제를 만들기 전에 전산해석을 통하여 간접적으로 증명할 수도 있고 ....
하여간 엄청난 장점이 있습니다.
특히 실험으로 구하지 못하는 부분들 예들 들어 난류유동 같은 경우 그 난류의 구조를 파악하는데 전산유체역학이 필수 입니다. 

마지막으로 예전에 지도교수님께서 하신 말씀이 생각납니다. 제가 시뮬레이션만 한다고 했더니
시뮬레이션 만으로는 의미가 없고 실험과 병행을 해야 한다고..................




 








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