연구성과
연구성과
2020년핵융합공학연구본부 전역 유체 난류 시뮬레이션을 위한 보존적 유체 모델 개발
| 연구성과 | 전역 유체 난류 시뮬레이션을 위한 보존적 유체 모델 개발 | |
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| 연구원 | 김성식 책임연구원 (핵융합공학연구본부) | |
| 연구개요 | 토카막 핵융합 장치에서 플라즈마 난류는 장치의 감금 성능을 저하의 원인으로 플라즈마 난류의 발생 기작을 이해하고 제어하기 위해 난류 시뮬레이션 기술을 개발하고 활용 토카막 난류의 정밀한 예측 및 제어를 위한 시뮬레이션 기술 개발은 정확한 모델 방정식들이 선행적으로 확립되어야 가능 본 연구에서는 현재 유체 난류 시뮬레이션에 적용되고 있는 모델 방정식들이 전역 시뮬레이션 시 에너지를 보존시키지 못함을 수학적으로 증명하고 에너지 보존을 만족하는 모델 방정식들을 제시 |
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| 연구내용 | 토카막 내 입자들의 회전운동 효과가 고려된 유체 모델 방정식들을 동력학적 방정식으로부터 입자, 운동량, 에너지가 보존되는 일반적인 형태로 유도 유도된 유체 방정식으로부터 플라즈마 운동 에너지와 장 에너지 방정식들을 유도하고 이들 간 에너지 교환율 및 총 에너지 보존식을 정립 미국, 일본에서 개발되어 현재 사용되고 있는 유체 닫힘(Closure) 모델을 적용했을 때 장 에너지 방정식에 총 에너지 보존을 깨는 부가적인 항이 남게 되는 것을 발견. 이는 난류의 생성 혹은 감쇄가 실제보다 부가적으로 일어날 수 있음을 의미 총 에너지가 보존되기 위해서는 기존 닫힘 모델이 어떤 식으로 보정되어야 하는지를 제시하고 유한회전반경 효과에 대한 닫힘 모델이 추가되어야 함을 보임. |
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| 주요성과 | 과학적 가치 동력학적 방정식으로부터 유체 방정식들을 유도하는 과정을 체계화하고 이로부터 플라즈마 운동 및 장 에너지 방정식을 유도하였고, 특히 장 에너지 방정식과 유체 방정식들 사이의 관계를 밝히고 이로부터 유한회전반경 효과 항들에 대한 새로운 닫힘(Closure) 모델이 에너지 보존을 위해 필요함을 보임 현재 토카막 유체 난류 시뮬레이션에 사용되고 있는 유체 모델이 에너지 보존을 만족하지 못하고 있음을 보이고 이에 대한 보정 방법을 제시 기술적 가치 물리량의 보존성 깨짐은 오차의 누적을 통해 시뮬레이션 시간과 영역이 확대될수록 코드의 신뢰도가 훼손됨에 따라 본 연구는 토카막 전 영역에 대한 장시간 유체 난류 시뮬레이션을 수행할 때 필요한 보존적 유체 모델을 제시 |
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| 기대효과 | 정확한 보존관계식을 갖는 유체 모델을 제시함으로써 핵융합 실증로 공학기술 개발에 필요한 장시간 안정적으로 시뮬레이션 할 수 있는 코드 개발 기반 확립 | |
| 관련이미지 |  A conservative gyrofluid model: Effect of closure on energetics 논문 |
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담당부서
연구관리팀
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