두 개의 다른 직경을 가진 핀휜이 부착된 냉각유로의 형상 최적 설계 = Shape Optimization of Internal Cooling Channel with Two Stepped-Diameter Circular Pin-Fin

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 삼차원 Navier-Stokes 방정식을 사용하여 난류 열전달을 증대시키고 압력 손실을 줄이기 위해 엇갈리게 배치된 두 개의 다른 직경을 가진 핀휜(Pin-Fin)의 형상 변화에 따른 해석을 수행한 뒤, 이를 바탕으로 최적화 방법인 신경회로망 기법(Radial Basis Neural Network)을 이용하여 핀휜의 형상을 최적 설계하는데 있다. 삼차원 RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis)를 이용하여 유체의 유동과 열전달을 해석함으로써 그 구조 및 특성을 살펴보았으며, 난류모델로는 SST(Shear Stress Transport)가 사용되었다.
이러한 해석을 바탕으로 목적함수를 최적화하여 핀휜의 최적형상을 결정하게 되는데, 본 논문에서 목적함수는 열전달과 가중계수를 가진 마찰계수의 조합으로 정의하였으며, 형상변수로는 채널의 높이에 대한 중간단 직경의 비, 채널의 높이에 대한 중간단 높이의 비가 선택되었다. 반응면을 생성하기 위하여 라틴하이퍼큐브샘플링 기법(Latin-Hypercube Sampling)을 통한 10개의 실험점을 채택하였다. 연구 결과 가중치가 0.8인 경우 최적화된 형상은 기존 형상에 비해 높은 성능 향상을 나타내는 것으로 확인되었다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 유동해석 방법 4
• 1. 지배방정식 4
• 2. 난류모델 5
• 3. 수치해석 8
• 4. 경계조건 9
• 5. 격자생성 10
• Ⅲ. 최적설계 기법 11
• 1. 최적화 알고리즘 11
• 2. 신경회로망 기법 12
• 3. 수치 실험 점의 결정 13
• 3.1 완전 계승법 13
• 3.2 라틴하이퍼큐브샘플링 기법 14
• 4. 목적함수 및 설계변수 14
• Ⅳ. 결과 및 검토 17
• 1. 유동해석의 정확성 검증 17
• 2. 최적설계 및 유동특성 17
• Ⅴ. 결 론 43
• 참고문헌 44