표제지
요약
Abstract
목차
Nomenclature 13
1. 서론 14
1.1. 연구배경 14
(1) 조류발전 개요 14
(2) 덕트 14
1.2. 연구목표 및 범위 16
(1) 덕트 최적 설계 및 난류유동 해석 16
2. 물리기반 인공신경망 17
2.1. 물리기반 인공신경망 17
(1) 물리기반 인공신경망 개요 17
(2) 지배방정식 18
(3) 경계조건 19
2.2. Hard constraint 21
(1) Hard constraint 개요 21
(2) 본 연구에서의 활용 22
3. 최적설계 23
3.1. 유전 알고리즘(GA) 23
(1) 유전 알고리즘 개요 23
(2) 본 연구에서의 활용 23
3.2. Memory base GA 23
(1) Memory base 개요 23
(2) 본 연구에서의 활용 24
3.3. 머신러닝을 이용한 최적설계 24
(1) 머신러닝을 이용한 최적설계 개요 24
(2) 본 연구에서의 활용 25
4. 층류에서 최적설계 26
4.1. 모델 선정 26
(1) 모델 선정 26
(2) 파라미터 선정 27
4.2. 물리기반 인공신경망 층류해석 28
(1) 해석 조건 28
(2) 해석 결과 31
4.3. 1-파라미터 최적 설계 41
(1) 해석 조건 41
(2) 유전 알고리즘 최적설계 41
(3) PINN 최적설계 44
4.4. 3-파라미터 최적 설계 52
(1) 해석 조건 52
(2) 유전 알고리즘 최적설계 52
(3) PINN 최적설계 56
5. 최적설계 난류유동 결과 64
5.1. 물리기반 인공신경망 난류 해석 64
(1) 해석 조건 64
(2) 해석 결과 66
6. 결론 71
참고문헌 74
표 1. 덕트 및 해석 도메인의 제원 27
표 2. PINN 해석 조건 31
표 3. 층류 Єu, Єv, Єp의 값[이미지참조] 35
표 4. 층류 지도학습 Єu, Єv, Єp의 값[이미지참조] 40
표 5. 1-파라미터 유전 알고리즘 PINN 해석 조건 42
표 6. 1-파라미터 유전 알고리즘 해석 조건 42
표 7. 1-파라미터 PINN 해석 조건 45
표 8. 1-파라미터 최적화Єu, Єv, Єp의 값[이미지참조] 50
표 9. 3-파라미터 유전 알고리즘 PINN 해석 조건 52
표 10. 3-파라미터 유전 알고리즘 해석 조건 53
표 11. 3-파라미터 PINN 해석 조건 56
표 12. Єu, Єv, Єp의 값[이미지참조] 62
표 13. PINN 난류유동 해석 조건 65
표 14. 난류 Єu, Єv, Єp의 값[이미지참조] 69
그림 1. 물리기반 인공신경망 구조 17
그림 2. PINN 최적설계 구조 25
그림 3. 덕트 및 해석 도메인 26
그림 4. Random sampling(좌)과 LHS sampling(우) 29
그림 5. PINN 층류 sampling 결과 29
그림 6. PINN loss for laminar flow 31
그림 7. PINN x-direction velocity for laminar flow 32
그림 8. PINN y-direction velocity for laminar flow 32
그림 9. PINN pressure for laminar flow 32
그림 10. CFD x-direction velocity for laminar flow 33
그림 11. CFD y-direction velocity for laminar flow 33
그림 12. CFD pressure for laminar flow 34
그림 13. PINN relative error of x-direction velocity for laminar flow 35
그림 14. PINN relative error of y-direction velocity for laminar flow 35
그림 15. PINN relative error of pressure for laminar flow 36
그림 16. Supervised PINN loss for laminar flow 36
그림 17. Supervised PINN x-direction velocity for laminar flow 37
그림 18. Supervised PINN y-direction velocity for laminar flow 37
그림 19. Supervised PINN pressure for laminar flow 38
그림 20. Supervised PINN relative error of x-direction velocity for laminar flow 38
그림 21. Supervised PINN relative error of y-direction velocity for laminar flow 39
그림 22. Supervised PINN relative error of pressure for laminar flow 39
그림 23. 노즐과 디퓨저의 비율 변화 (a) 2:8, (b) 5:5, (c) 8:2 41
그림 24. 1-파라미터 유전 알고리즘 설계 CFD 결과(x 방향 속력) 43
그림 25. 1-파라미터 유전 알고리즘 설계 CFD 결과(y 방향 속력) 43
그림 26. 1-파라미터 유전 알고리즘 설계 CFD 결과(압력) 44
그림 27. 1-파라미터 PINN collocation point 46
그림 28. 1-파라미터 PINN loss 46
그림 29. PINN 1-parameter optimization relative error of nozzle-diffuser ratio of 2:8 (x-direction velocity, y-direction velocity, pressure) 47
그림 30. PINN 1-parameter optimization relative error of nozzle-diffuser ratio of 5:5 (x-direction velocity, y-direction velocity, pressure) 48
그림 31. PINN 1-parameter optimization relative error of nozzle-diffuser ratio of 8:2 (x-direction velocity, y-direction velocity, pressure) 49
그림 32. 1-파라미터 PINN 최적 설계 CFD 결과(x 방향 속력) 50
그림 33. 1-파라미터 PINN 최적 설계 CFD 결과(y 방향 속력) 51
그림 34. 1-파라미터 PINN 최적 설계 CFD 결과(압력) 51
그림 35. 3-파라미터 유전 알고리즘 수렴성 결과 54
그림 36. 3-파라미터 유전 알고리즘 설계 CFD 결과 (x 방향 속력) 55
그림 37. 3-파라미터 유전 알고리즘 설계 CFD 결과 (y 방향 속력) 55
그림 38. 3-파라미터 유전 알고리즘 설계 CFD 결과 (압력) 55
그림 39. 3-파라미터 PINN collocation point (2d) 57
그림 40. 3-파라미터 PINN collocation point (3d) 58
그림 41. 3-파라미터 PINN loss 58
그림 42. PINN 3-parameter optimization relative error of nozzle-diffuser ratio of 1:10, nozzle and diffuser curvature of 2.072 m (x-direction velocity, y-direction... 59
그림 43. PINN 3-parameter optimization relative error of nozzle-diffuser ratio of 5:5, nozzle and diffuser curvature of 0.661 m (x-direction velocity, y-direction... 60
그림 44. PINN 3-parameter optimization relative error of nozzle-diffuser ratio of 10:1, nozzle and diffuser curvature of 2.072 m (x-direction velocity, y-direction... 61
그림 45. 3-파라미터 PINN 최적 설계 CFD 결과(x 방향 속력) 62
그림 46. 3-파라미터 PINN 최적 설계 CFD 결과(y 방향 속력) 63
그림 47. 3-파라미터 PINN 최적 설계 CFD 결과(압력) 63
그림 48. PINN collocation point of turbulent flow 66
그림 49. 난류 PINN loss 67
그림 50. Supervised PINN x-direction velocity for turbulent flow 67
그림 51. Supervised PINN y-direction velocity for turbulent flow 68
그림 52. Supervised PINN pressure for turbulent flow 68
그림 53. Supervised PINN relative error of x-direction velocity for turbulent flow 69
그림 54. Supervised PINN relative error of y-direction velocity for turbulent flow 69
그림 55. Supervised PINN relative error of pressure for turbulent flow 70