국립부경대생, 도시 바람길 예측 정확도 획기적으로 높였다

- 이현종 석사과정생·김재진 교수팀 ‘컷셀(Cut-cell)’ 기술 구현 성공

- 국제학술지 <Sustainable Cities and Society> 게재

국립부경대학교 환경대기과학전공 이현종 학생(석사과정 1년)이 전산유체역학(CFD) 모델을 이용해 도시 바람길 예측 정확도를 획기적으로 높인 ‘컷셀(Cut-cell)’ 기술 구현에 성공했다.

이현종 석사과정생(제1저자)과 김재진 교수(교신저자)는 논문 ‘Enhancing geometric fidelity and wind-field prediction accuracy in complex urban environments using a Cartesian cut-cell CFD model’을 도시 미기후 및 열 환경 분야 세계 정상급 학술지인 <Sustainable Cities and Society>(IF 12.0)에 4월 1일 게재했다.

현대 도시의 복잡한 건물 배치는 바람의 흐름을 왜곡시켜 대기 오염 확산과 열섬 현상에 직접적인 영향을 미친다. 기존 전산유체역학(CFD) 모델은 건물의 경사진 면이나 곡면을 계단 모양으로 표현하는 ‘스테어 스텝(Stair-step)’ 방식을 주로 사용해 왔는데, 이는 실제 지형과 건물 형태를 왜곡해 예측 정확도를 떨어뜨리는 고질적인 한계가 있었다.

이현종 석사과정생은 이번 연구에서 ‘카테시안 컷셀(Cartesian Cut-cell)’ 방법을 기존 Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 기반의 CFD 모델에 성공적으로 통합했다. 이 기술은 격자망을 촘촘하게 늘리지 않고도 건물의 모서리와 도로 접경면을 실제와 유사하게 정밀하게 구현해 냈다.

연구팀은 일본 건축학회(AIJ)의 니가타시 실제 관측 데이터를 바탕으로 모델을 검증한 결과, 새로운 컷셀 모델은 기존 방식 대비 일치도(IOA)를 18% 향상시켰고, 평균 편차(MB)는 55%나 감소시키는 탁월한 성능을 입증했다.

특히 건물 사이의 좁은 틈새나 복잡한 밀집 지역에서 발생하는 미세한 공기 흐름을 실제와 가깝게 재현해 낸 점이 높은 평가를 받았다.

김재진 교수는 “단기간의 석사 과정에서 높은 수준의 연구를 최상위 저널에 게재한 것은 매우 드문 사례로, 이번 연구는 향후 도시 바람길 설계, 도심 항공 모빌리티(UAM) 기상 정보 생산, 미세먼지 저감 전략 수립 등에 핵심적인 기술적 토대가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

김재진 교수 연구팀은 기상청 한국형 도심항공교통(K-UAM) 안전운용체계 핵심기술 개발사업(RS-2024-00404042)과 한국산림과학기술원의 산림과학기술 연구개발사업(RS-2025-25404070)의 지원을 받아 이번 연구를 수행했다.

※ 붙임: 1. 이현종 석사과정생(왼쪽)과 김재진 교수 2. 기존 방법(SSM) 대비 풍속 모의 성능을 향상한 방법(CCM)의 구현 개념도