물리 기반 유한 단층 미끌림 역산을 위한 CPInterface (COMSOL–PyLith Interface) 개발

김민수,소병달 한국지구물리.물리탐사학회 2023 지구물리와 물리탐사 Vol.26 No.4

유한 단층 미끌림 역산에는 지진 변위 측지 자료와 그린 함수 행렬(Green’s function matrix)을 주로 사용한다. 그린 함수 행렬은 일반적으로 오카다 모형(Okada, 1985)을 기반으로 한다. 그러나 최근 물리 기반 지진 모델링을 활용하여 그린 함수 행렬을 제작하고 유한 단층 미끌림 역산을 수행하는 연구가 활발하다. 물리 기반 지진 모델링은 다양한 물성(탄성, 점탄성, 탄소성 등)을 고려하여 현실적인 환경에서지진을 모사할 수 있다는 장점이 있다. 물리 기반 유한요소 소프트웨어 PyLith는 단층을 구성하는 절점을 두 개로 나누어 지진을 모사할수 있으므로 지진 모사 모델링에 적합하다. 하지만 PyLith는 격자망 생성 기능을 자체 제공하지 않아, 모형 내부에 수십~수백 개의 소단층과 관측점을 설정해야 하는 유한 단층 미끌림 역산 수행에는 어려움이 있다. 본 연구에서는 소단층과 관측점을 포함한 수치 모형을 제작하고, 지진 모사 모델링을 수행하여 그린 함수 행렬을 제작하는 일련의 과정을 연계하여 유한 단층 미끌림 역산의 편리성을 높이기 위해 CPInterface (COMSOL-PyLith Interface)를 개발하였다. CPInterface는 COMSOL의 격자 생성 능력과 PyLith의 지진 모사 능력을 결합하여 그린 함수 행렬을 자동으로 생성할 수 있다. CPInterface는 간단한 변수들로 모형 및 단층 정보를 조절할 수 있고, 지하 탄성 이상체와GPS 관측점을 자유롭게 배치할 수 있다. 또한, 그린 함수 행렬을 생성하는 복잡한 과정을 간소화하여 더욱 편리하게 유한 단층 미끌림 역산을 할 수 있게 한다. Finite source inversion is performed with a Green's function matrix and geodetic coseismic displacement. Conventionally, the Green's function matrix is constructed using the Okada model (Okada, 1985). However, for more realistic earthquake simulations, recent research has widely adopted the physics-based model, which can consider various material properties such as elasticity, viscoelasticity, and elastoplasticity. We used the physics-based software PyLith, which is suitable for earthquake modeling. However, the PyLith does not provide a mesh generator, which makes it difficult to perform finite source inversions that require numerous subfaults and observation points within the model. Therefore, in this study, we developed CPInterface (COMSOL-PyLith Interface) to improve the convenience of finite source inversion by combining the processes of creating a numerical model including sub-faults and observation points, simulating earthquake modeling, and constructing a Green’s function matrix. CPInterface combines the grid generator of COMSOL with PyLith to generate the Green's function matrix automatically. CPInterface controls model and fault information with simple parameters. In addition, elastic subsurface anomalies and GPS observations can be placed flexibly in the model. CPInterface is expected to enhance the accessibility of physics-based finite source inversions by automatically generating the Green's function matrix.

COMSOL Multiphysics®와 PyLith의 순차 적용을 통한 지중 유체 주입과 유발지진 공탄성 수치 모사 기법 연구

장찬희,김현나,소병달 대한지질공학회 2022 지질공학 Vol.32 No.4

최근 지중저장기술(예, 온실가스 심지층 처분, 인공지열저류층 발전 등)이 활발히 수행됨에 따라, 유체 주입과 저장부지 안정성 사이의 역학적 관계에 관한 정량적 이해의 중요성이 인지되고 있다. 지중 유체 주입은 공극압 및 지중응력 교란과 지층의 역학적 불안정성을 야기할 수 있어, 유체 주입에 대한 다공탄성 수치 모형 구축이 요구된다. 본 연구에서는 순차적인 COMSOL-PyLithCOMSOL 유체 주입-유발지진 다공탄성 수치 모사를 수행한다. 유한요소 상용 소프트웨어인 COMSOL을 이용해 단층에 가해지는 쿨롱 파괴 응력(CFS) 변화를 시간에 따라 추적하였고, CFS 변화량이 임계값(예, 0.1 MPa)을 초과할 경우, 모형의 정보(기하구조, 물성 등)를 유한요소 오픈소스 코드인 PyLith로 이동시키는 알고리즘을 구축했다. PyLith는 단층의 미끄러짐을 모사하고, 미끌림에 의한 변위장을 획득한다. 이후 변위장을 COMSOL로 이동시켜 지진에 의한 응력 및 표면 변위를 계산한다. 수치 모사 결과, 주입 기간 중엔 주입정 근거리에서 큰 변화(공극압, CFS 변화 등)를 보였고, 주입 종류 후에는 잔류 응력이 원거리 영역으로 확산하는 양상이 나타났다. 이는 주입 종료 후 지속적인 모니터링의 필요성을 제안한다. 또한, 단층과 주입층 물성(예, 투수계수, Biot-Willis 계수)에 따른 CFS 변화량 비교는 주입정 위치 선정 시 주입층및 주변 지층에 대한 물성 파악이 중요함을 의미한다. 단층 미끄러짐 양에 따른 표면 변위 및 이암층에 가해지는 편차응력은 다양한 단층 미끌림 시나리오 설정의 필요성을 지시한다.

Analyze on Heat-sink of 20Watt Class LED Lamp using COMSOL

Ik-Soo Eo(어익수) 한국산학기술학회 2009 한국산학기술학회논문지 Vol.10 No.7

본 논문은 LED조명기구의 상용화에 가장 큰 문제로 제기되는 방열설계에 관한 논문으로서, COMSOL을 이 용한 방열해석을 통하여 문제해결의 방법을 제시한다. COMSOL Multiphysics에 있는 Heat Transfer Module의 Transient Analysis를 활용하여 해석한 결과, 시뮬레이션 값과 시작품 제작 후 측정 온도와의 차이가 10[℃]이하로 도 출되었으며, Led Lamp가 설치되는 실내․외의 환경조건의 온도변화에 따른 제 요소들을 잘 활용하면 실제 작품의 목 표치에 근접하는 결과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다. This thesis is about Heat-sink design which is considered as the biggest problems for commercialization of LED lighting and suggests how to solve the problems though analysis on heat-sink using COMSOL. The temperature difference after simulation value and modelling was 10℃ by Transient analysis of Heat Transfer Module which is in the COMSOL Multiphysics. The result approximated the object which is close to actual lighting, when various elements are used according to temperature change of interior and exterior surroundings LED lighting is set up.

COMSOL을 이용한 바이오매스 가스화장치의 운전조건 분석

왕용 ( Long Wang ),심재훈 ( Jaehoon Shim ),홍성구 ( Seonggu Hong ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

바이오매스 가스화는 세계적으로 점점 증가하는 에너지 수요를 만족시킬 수 있는 유용한 기술 중의 하나이다. 바이오매스 가스화를 통해 농업폐기물을 에너지로 전환할 수 있고 이산화탄소의 배출도 저감할 수 있다. 양질의 합성가스를 생성하는 가스화장치의 구동 조건을 확인하고 제어하기 위해 가스화장치에서 이루어지는 화학반응과 가스화 과정을 이해한다. 본 연구는 가스화 이론과 실제 물리적인 실험에 의거하고 COMSOL 3.4를 이용하여 가스화 장치 모델을 구성하고 이 모델을 실제 물리적인 데이터를 통해 검증하여 최적 원료 조건과 반응조건(원료 함수비, 송기량, 온도, 당량비 등)을 추정하였다. 1. 원료인 숯의 함수비는 6.98%, 송기량은 1000L/min, 원료 공급 속도는 21.42kg/hr, ER값은 0.32의 조건으로 가스화장치 모델을 시뮬레이션 한 결과 CO 33.8%, CO₂ 1.07%, H₂ 2.15%, CH₄ 0.21%, O₂ 0.05%, N₂ 62.7%로 나타났다. 실제 물리적 실험결과 치 CO 30%, CO₂ 1.1%와 비교할 때 적정한 수준으로 가스화반응을 나타내고 있음을 알 수 있다. 2. 원료 회분을 10~50%로 시뮬레이션 한 결과 회분의 함량이 많아지면 CO와 H₂의 발생량은 감소하고 CO₂의 발생량은 증가하였고, 함수비를 10~30%로 시뮬레이션 한 결과 함수비가 증가하면 CO의 발생량이 감소하고 H₂와 CO₂의 발생량이 증가하였다. 또, 산소함량을 20~50%로 시뮬레이션 한 결과 산소함량이 증가하면 CO와 H₂의 발생량이 감소하고 CO₂의 발생량이 증가하였다. Biomass gasification is one of promising technology to meet the ever-increasing energy demand in the world. The agricultural wastes can be converted to energy and the carbon dioxide emission can be reduced. Studying on the chemical reactions in a gasify can help understanding gasification process in order to determine and control the gasification operational conditions to produce higher quality and increase conversion efficiency. In this paper a gasification model which depend on gasification theory and experiments was using COMSOL 3.4 software. The model consists of kinetic model part and Computational Fluid Dynamics (CFD) model part. The concentrations of the synthesis gas were predicted under the experimental conditions in the kinetic model part. The CFD model based on the structure and geometry of the gasifier, residence time can be calculated and temperature distribution can also be simulated. A simulation of charcoal gasification was did under the experimental condition that moisture was 6.98%, air flow rate was 1000L/min, feedstock rate was 21.24kg/hr and Equivalence Ratio was 0.32. The results showed syngas composition was CO 33.8%, CO₂ 1.07%, H₂ 2.15% O₂ 0.05%, N₂ 62.7%. The model well agree with the experimental results through compared with syngas composition from experiment which was CO 30% and CO₂ 1.1%.

COMSOL을 활용한 신 마그네슘 전해 공정 수치해석 모델 개발

조매현,정형준,강정신,장근옥 대한금속·재료학회 2023 대한금속·재료학회지 Vol.61 No.8

Magnesium (Mg) has good physical properties including light weight, excellent specific strengthand high stiffness, and Mg is used in many fields. But current production methods of Mg have disadvantages,such as the generation of sulfur oxide and chlorine gas. In this situation, The Korea Institute of Geoscienceand Mineral Resources (KIGAM) developed a Molten Salt Electrolysis Using Liquid Metal Cathode (MSELMC)method to produce high-purity magnesium. The MSE-LMC method can obtain 99.998-99.999% highpuritymagnesium by the electrolysis of MgO dissolved in (MgF2)-LiF molten salt at 1053-1083 K, and byvacuum distilling an alloy generated by reacting with a metallic liquid cathode at 1200-1300 K. This studydeveloped a numerical analysis model using COMSOL Multiphysics electrodeposition module to optimize thedesign of the electrolysis process. The model temperature was 1053K and molten salt was 54MgF2-46LiF witha 0.6wt% MgO system. 10A constant current was applied at the anode. This model uses the Butler-Volmerequation and the Nernst equation for the electric reaction. The Stokes-Einstein equation and Nernst-Einsteinrelation were used to calculate the diffusivity and electric mobility of salts. Unlike the experiment, in thismodel chlorine gas was generated. However, this model satisfied Faraday’s law. Therefore we define a newparameter using electric flux and voltage to conduct a quantitative evaluation according to the electrodeshape, and compared that parameter by the changing angle of the anode.

COMSOL을 이용한 대기압 마이크로파 플라즈마 공진기 설계

안찬훈(C. H. Ahn),이정연(J. Y. Lee),최준(J. Choi) 한국생산제조학회 2016 한국생산제조시스템학회 학술발표대회 논문집 Vol.2016 No.04

Effect of array and shape of insulating posts on proteins focusing by direct current dielectrophoresis

김동,심재술,Han-Sheng Chuang,김경천 대한기계학회 2014 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.28 No.7

This paper presents a simulation model of the characteristics of proteins according to the array and shape of the insulating posts basedon direct current (DC) dielectrophoresis (DEP). COMSOLⓇ(v4.2a) multiphysics software was used to examine the response of moderately-sized proteins. A simulation model of the protein concentration distribution was developed based on the current conservation equationsand a time-dependent concentration-distribution equation. The medium was water, and voltages of 1, 5 and 10 kV DC were applied. The insulating posts were circular and square, and were arrayed in-plane and out-of-plane embedded in a microchannel. Microscale geometrieswere used to examine the protein concentration distributions in the device. The results showed that the in-plane array is greaterthan out-of-plane array in efficiency. In addition, the efficiency increased in the order of a square and circle. These results can be explainedby the formation of different electric potential streamlines, which depend on the array and shape of the insulating posts. In addition,the protein was found to be more concentrated at both the inlet and outlet of the insulating post arrangement. A simulation revealedthat the circular shape with an in-plane arrangement has the best efficiency of protein aggregation under the DEP effect.

The Impacts of Operational Conditions on Charcoal Syngas Generation using a Modeling Approach

왕용,홍성구,Wang, Long,Hong, Seong Gug The Korean Society of Agricultural Engineers 2013 한국농공학회논문집 Vol.55 No.4

바이오매스 가스화는 세계적인 증가 추세에 있는 에너지 수요를 충족할 수 있는 기술 중의 하나이다. 바이오매스 가스화를 통해서 농업 폐기물 등 다양한 바이오매스 자원을 에너지로 전환할 수 있고 $CO_2$ 배출량 또한 줄일 수 있다. 본 연구에서는 COMSOL$^{(R)}$ 3.4 소프트웨어를 이용하여 바이오매스 원료와 운전 조건에 따른 가스화 효율 및 합성가스 조성의 변화를 분석하였다. 원료와 구동조건을 최적화하기 위해 가스화 모델을 세우고 원료와 구동조건을 달리하여 합성가스의 성분을 분석 및 예측하였다. 이 모델은 물리적인 실험을 통해 알고 있는 조건을 통해서 합성가스 성분을 시간에 따라 예측할 수 있다. 모델을 이용하여 함수비 5~30 %, 공기중 산소함량 5~50 %, 공기공급 유량 5~45 L/min, 온도 973~1273 K의 조건에서 합성가스의 성분을 예측한 결과 실제 실험 결과와 일치하는 것을 알 수 있다. 모델링 결과 양질의 합성가스를 생산하려면 원료의 회분함량이 적어야 하고 수소 함량이 높은 합성가스를 생산하려면 반응 온도가 높게 유지되고 원료의 함수비가 높아야 한다. 가스화장치의 온도를 높이면 합성가스의 성분 중 CO의 함량이 많아지고, CO의 함량이 많아지면 가스의 발열량이 높아지는 것을 알 수 있다. 또한 CO의 농도가 높고 발열량이 높은 합성가스를 생산하기 위해서는 ER값은 작아야 한다.

Development and Simulation of a Detecting Method using Reflectometry of Electrical Signal

윤승현,방수식,신용준,임윤묵 한국전산구조공학회 2018 한국전산구조공학회논문집 Vol.31 No.6

Defects in aging infrastructures such as pre-stressed concrete bridges and cable bridges can cause a collapse of the entire structure. Defects, however, are often located inside of the structures that they are not visible from the outside. For example, in PSC bridges, because reinforcement steels are encased by exterior covers, corrosion and void on the reinforcement steel cannot be detected with a visual inspection. Therefore, in this paper, a new non-destructive evaluation(NDE) method that can detect defects inside of structures is presented. The new method utilizes sending of electrical signals, a method often utilized in electrical engineering to detect any discontinuities on power cables. In order to confirm the applicability and accuracy of the method, some experiments were conducted in the laboratory. And to overcome the hardship of conducting experiments on real structures due to their enormous size, simualtions were conudcted using a commercial program, COMSOL. The results of the experiments were analyzed and compared to confirm the accuracy of the simualtions.

Creeping flow of Herschel-Bulkley fluids in collapsible channels: A numerical study

Ali Amini,Amir Saman Eghtesad,Kayvan Sadeghy 한국유변학회 2016 Korea-Australia rheology journal Vol.28 No.4

In this paper, the steady flow of a viscoplastic fluid is modeled in a planar channel equipped with a deformable segment in the middle of an otherwise rigid plate. The fluid is assumed to obey the Herschel-Bulkley model which accounts for both the yield stress and the shear-thinning behavior of physiological fluids such as blood. To accommodate the large deformations of the flexible segment, it is assumed to obey the twoparameter Mooney-Rivlin hyperelastic model. The so-called fluid-structure interaction problem is then solved numerically, under creeping-flow conditions, using the finite element package, COMSOL. It is found that the yield stress leads to a larger wall deformation and a higher pressure drop as compared with Newtonian fluids. This behavior is predicted to intensify if the fluid is shear-thinning. That is, for a given yield stress, the pressure drop and the wall deformation both increase with an increase in the degree of the fluid's shear-thinning behavior.