Experimental Data Visualization using OpenFOAM and Python 오픈폼과파이썬을이용한실험데이터가시화 김종태 (ex-kjt@kaeri.re.kr) 한국원자력연구원사고대처기술연구실 2019 8 th OpenFOAM Korea User s Community Conference 2019 년 9 월 26-27 일 부산대학교 1
서론 연구배경 실험및해석 (computer simulation) 결과분석 실험및해석연구 : 데이터분석은데이터생산만큼중요한작업 실험및해석에피드백, 데이터의활용 ( 설계, 문제점해결등 ) 해석결과분석 x-y plot: time-history 를이용한특정지점에서의시간에따른변화를분석, line-plot 을이용한 profile 분석 surface plot: 벽면등다양한표면에서의계산값분포분석 3-D volume plot: 3 차원데이터를이용한 iso-surface, particle-trajectory 등분석 실험결과분석 x-y plot, spectral plot: 실험결과분석의가장일반적인정량적분석방법» 물리현상의전반적인거동을분석하고이해하는데는한계 surface plot, 3-D volume plot 등의필요성» 3 차원거동에대한관심의증가에따른많은지점에서동시측정데이터생산» 3 차원실험데이터에대한분석기술요구 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 2
서론 (2) 연구필요성방법 실험결과의 3 차원분석 실험및해석연구 : 데이터분석은데이터생산만큼중요한작업 실험및해석에피드백, 데이터의활용 ( 설계, 문제점해결등 ) 실험데이터 3 차원분석의필요성 실험현상에대한이해도증진 현상의 3 차원거동분석 실험의국소데이터오류파악 실험데이터상관관계효율적분석 3 차원가시화실험 Figs. from lavision.de 3-D PIV 등 다점측정데이터의 3 차원가시화 데이터후처리를통한 3 차원가시화 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 3
실험데이터 3 차원가시화 실험데이터 3 차원가시화 기본개념 다점측정실험데이터의 3차원가시화를위한데이터맵핑활용 point data를 field data로형 (format) 변환 다점실험데이터의 3차원격자 (real 3-D mesh) 로의맵핑 개발방법 실험데이터관리 ( 형식변환 ) 를위한파이썬프로그램활용 3차원격자생성및데이터맵핑을위한오픈폼라이브러리활용 Data mapping to 3-D mesh 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 4
실험데이터 3 차원가시화도구개발 실험데이터 3 차원가시화절차및도구 Data format conversion python tool Solution mapping OpenFOAM tool 3-D plotting paraview 가시화데이터추출 DAS (data acquisition system) 에의해저장된실험데이터에서가시화데이터추출 파이썬프로그램 expdataconverter.py 를이용한데이터추출및변환자동화 데이터맵핑 추출된데이터의가시화를위한격자생성및맵핑 오픈폼라이브러리기반맵핑도구 probetomesh 이용오픈폼형식의가시화데이터 3 차원가시화 paraview 를이용한데이터가시화및 plotting 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 5
가시화데이터추출 파이썬을이용한가시화데이터추출 실험데이터후처리 데이터형식변경 (format conversion) labview 등 DAS 프로그램에서저장한 excel/csv 데이터의형식변경 원시데이터 (raw data) 프로세싱 point-processing: 단위변경, EOS 계산등 point-calculation 수행 field-processing: area-averaging, volume-averaging 등은 3 차원맵핑후 paraview 혹은오픈폼유틸리티를활용할수있다. 파이썬데이터후처리 엑셀과 visual-basic 을이용한방식 기본 template 을구성후반복활용이가능 big-data, 복잡한수식, 외부 DB 연계, 반복계산등의경우불리 파이썬을이용한방식 파이썬수식의가독성우수 big-data, 복잡한수식, 외부 DB 연계, 반복계산등의경우유리 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 6
데이터맵핑도구 데이터맵핑 다점측정 (multi-point probing) 방식에의해얻어진실험데이터를실제형상의 3 차원영역으로 mapping 하는과정 맵핑된데이터는 3 차원데이터와같이가시화및또다른후처리가가능 오픈폼을활용한데이터맵핑도구개발 도구개발방법 상용데어터처리소프트웨어활용 in-house ( 독자 ) 코드개발 오픈 - 소스오픈폼라이브러리기반 ( 오픈폼데이터포맷사용 ) paraview reader 에적합 오픈폼기반맴핑도구의장점 실험데이터의 3 차원맵핑후기존오픈폼유틸리티를활용하여 2 차후처리가가능 field conversion/manipulation data transfer to initialize a new simulation sectional area averaging volume averaging 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 7
데이터맵핑도구 (2) 오픈폼기반데이터맵핑도구 probetomesh 파이썬도구에서추출된데이터를 3 차원격자에맵핑 probe data 3-D mesh foam data Input file for the mapping program Mapped foam data 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 8
SPARC-PAR 실험 SPARC-PAR (SP) 실험 PAR (passive autocatalytic recombiner, 촉매수소재결합기 ): 대표적수소제거장치로백금 / 팔라듐촉매판을이용하여수소 / 산소의화학반응을유도수소를제거하는장치 구성 촉매체카트리지, 보호챔버 SPARC-PAR 실험 PAR 의작동에의한수소의성층화현상실험적모의 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 9
SPARC-PAR 실험배경 SPARC-PAR (SP) 실험및배경 PAR 에의한수소성층화 (PAR-induced hydrogen stratification) 격실에수소가방출되면부력에의해격실상부로이동 PAR 의설치위치는주로격살상부에위치 PAR 는수소와산소의촉매반응에의해열이발생 PAR 에서방출되는고온의배기가스에의해수소혼합기체가상부로올라가지못하고격실하부에쌓일수있음 PAR 에의한수소성층화현상에대한실험적모의 (experimental simulation) PAR 에의한수소성충화특성의정성적평가 해석코드의검증데이터생산 Simulation of a PAR-induced hydrogen stratification in a containment 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 10
Visualization of SP test Data SPARC-PAR (SP) experiment PAR-induced hydrogen stratification: plot of time-histories to show distribution of hydrogen concentration at measuring points along a vertical center line SP2 test SP4 test 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 11
SPARC-PAR 실험데이터 3 차원가시화 SP1 test SP3 test SP5 test 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 12
요약및향후연구 요약 실험데이터 3 차원가시화기술 실험데이터로부터시스템전반적인열수력특성을분석하고이해하는데도움이될수있도록데이터의 3 차원가시화도구를개발함 SPARC-PAR 실험의결과를분석하기위하여개발된도구를적용 PAR 에의한수소성층화현상의특성을이해하는데도움 향후연구 오픈폼기반의실험데이터 3 차원격자맵핑기술의적용성확대 시스템해석혹은 lumped-parameter 해석과같은다수의체적기반해석결과의가시화에활용 오픈폼에포함된다양한후처리 (post-processing) 도구를이용한데이터분석 Thank you for your attention 2019 8th OpenFOAM Korea User s Community Conference 13