국립부경대학교 환경대기과학전공 석사과정 1년 이현종 학생이 전산유체역학(CFD) 모델에 '컷셀(Cut-cell)' 기술을 구현해 도시 바람길 예측 정확도를 크게 끌어올리는 데 성공했다.

이현종 석사과정생과 김재진 교수는 이번 연구 결과를 담은 논문을 도시 미기후 및 열 환경 분야 세계 정상급 학술지 'Sustainable Cities and Society'(IF 12.0)에 4월 1일 게재했다.

기존 CFD 모델은 건물의 경사면이나 곡면을 계단 모양으로 표현하는 '스테어 스텝(Stair-step)' 방식을 주로 사용해왔다. 이 방식은 실제 지형과 건물 형태를 왜곡해 예측 정확도를 떨어뜨리는 한계가 있었다.

현대 도시의 복잡한 건물 배치는 바람 흐름을 왜곡시켜 대기 오염 확산과 열섬 현상에 직접적인 영향을 미치는 만큼, 정밀한 모델링 기술 확보가 중요한 과제였다.

이번 연구에서 이현종 석사과정생은 '카테시안 컷셀(Cartesian Cut-cell)' 방법을 기존 Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 기반 CFD 모델에 통합하는 데 성공했다. 격자망을 촘촘하게 늘리지 않고도 건물 모서리와 도로 접경면을 실제에 가깝게 구현할 수 있는 기술이다.

연구팀이 일본 건축학회(AIJ)의 니가타시 실제 관측 데이터로 모델을 검증한 결과, 새로운 컷셀 모델은 기존 방식 대비 일치도(IOA)를 18% 향상시키고 평균 편차(MB)는 55% 감소시켰다. 특히 건물 사이의 좁은 틈새나 복잡한 밀집 지역에서 발생하는 미세한 공기 흐름을 실제에 가깝게 재현한 점이 높은 평가를 받았다.

김재진 교수는 "단기간의 석사 과정에서 높은 수준의 연구를 최상위 저널에 게재한 것은 매우 드문 사례"라며 "이번 연구는 앞으로 도시 바람길 설계, 도심 항공 모빌리티(UAM) 기상 정보 생산, 미세 먼지 저감 전략 수립 등에 핵심적인 기술적 토대가 될 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 기상청 한국형 도심항공교통(K-UAM) 안전운용체계 핵심기술 개발사업(RS-2024-00404042)과 한국산림과학기술원의 산림과학기술연구 개발사업(RS-2025-25404070)의 지원으로 수행됐다.