Fortran 열교환기 해석 프로그램 GUI 개발 - 아주대학교

연구실에서 오래 써 온 Fortran 해석 프로그램은 대개 계산이 정확합니다. 아쉬운 건 쓰기가 어렵다는 점입니다. 우리비엔씨는 아주대학교 기계공학 분야에서 사용하던 텍스트 기반 열교환기 해석 솔버에 Windows GUI를 입혀, 조건 입력부터 반복 해석, 차트·표 분석, 보고서 출력까지 한 프로그램 안에서 끝나는 ‘Heat Exchanger Design Analyzer v1.0’을 개발했습니다.

고온측 입구온도를 바꿔 가며 12회 반복 해석한 결과를 꺾은선 차트로 비교하는 화면

프로젝트 한눈에 보기

항목	내용
고객	아주대학교 기계공학 분야
프로그램	Heat Exchanger Design Analyzer v1.0 (열교환기 설계 해석 프로그램)
개발 형태	기존 Fortran 열교환 해석 솔버와 연동하는 Windows 데스크톱 프로그램
핵심 기능	최대 3개 모듈 구성, 단위 자동 변환, 시나리오 반복 해석, 차트·결과표·설계 데이터 분석, PDF·인쇄용 보고서 자동 생성
개발 환경	C# (Visual Studio 2022), .NET Framework 4.5.2 이상, DevExpress WinForms, Fortran 솔버 인터페이스

계산은 정확한데, 왜 새 프로그램이 필요했을까

텍스트 기반 해석 프로그램을 써 본 분이라면 익숙한 장면이 있습니다. 정해진 형식에 맞춰 숫자를 입력하고, 단위가 맞는지 다시 확인하고, 변수 하나를 바꿀 때마다 처음부터 다시 실행합니다. 결과가 나오면 텍스트 파일을 열어 필요한 값만 엑셀로 옮기고 그래프를 그립니다. 설계안 하나를 검토하는 데 이 과정이 수십 번 반복됩니다.

솔버 자체에는 문제가 없었습니다. 문제는 솔버를 ‘다루는’ 과정이었습니다. 그래서 이번 개발의 원칙은 단순했습니다. 검증된 해석 로직은 그대로 두고, 사람이 손으로 하던 일을 프로그램이 대신하게 만든다.

해석 한 번이 이렇게 진행됩니다

기능을 나열하기보다, 엔지니어가 실제로 프로그램을 여는 순간부터 보고서를 뽑기까지의 흐름을 따라가 보겠습니다.

1단계. 모듈 구성과 열교환기 제원 입력

해석 목적에 따라 Single, Dual, Triple Module 중 하나를 고릅니다. 모듈마다 증발부·응축부 길이, 유동 길이(Flow length), 직교 길이 같은 열교환기 형상과 튜브 피치(X_t, X_l), 튜브 내경·외경, 핀 두께·직경·밀도(FPI), 튜브·핀 재질, 작동유체, 튜브 배열 방식을 입력합니다. 입력란 위에는 각 치수가 어디를 가리키는지 보여 주는 도면을 함께 배치해, 매뉴얼을 뒤적이지 않아도 되도록 했습니다.

모듈별 열교환기 형상·튜브 기하·핀 사양 입력 화면

2단계. 입구 조건 설정과 단위 자동 변환

고온측(Hot side)과 저온측(Cold side) 유체 각각에 대해 입구 온도, 질량 유량, 유체 종류를 지정합니다. 모든 입력 항목 옆에는 단위 드롭다운이 붙어 있어 ℃, kg/s, m, mm처럼 익숙한 단위로 넣으면 프로그램이 알아서 변환해 솔버에 넘깁니다. 단위 환산 실수로 결과가 틀어지는 일을 입력 단계에서 막는 장치입니다. 필요하면 입출구 배관의 길이·직경·조도를 넣어 배관 압력 강하까지 함께 계산할 수 있습니다.

고온측·저온측 입구 조건과 입출구 배관 압력 강하 설정 화면

3단계. 시나리오로 반복 해석을 자동 실행

이 프로그램의 핵심입니다. 바꿔 볼 변수(예: Flow length, 고온측 입구 온도)와 대상 모듈을 고르고 범위와 간격만 정하면, 프로그램이 조건값을 차례로 바꿔 가며 솔버를 반복 실행합니다. 예를 들어 고온측 입구 온도를 100℃에서 210℃까지 10℃ 간격으로 지정하면 12번의 해석이 버튼 한 번으로 끝납니다.

개인적으로 가장 공을 들인 부분이기도 합니다. 솔버를 여러 번 호출하는 것 자체는 어렵지 않습니다. 하지만 회차마다 입력을 정확히 바꾸고, 결과를 하나도 빠짐없이 모아 다음 화면으로 넘기는 흐름이 매끄러워야 비로소 ‘버튼 한 번’이라고 말할 수 있습니다.

4단계. 결과를 세 가지 시각으로 확인

• Chart: 출구 온도, 압력 강하, 팬 소요 동력, 유효도(Effectiveness), 회수 열량, 전열 면적 중 원하는 항목을 골라 다중 꺾은선 차트로 비교합니다. 마커 모양·크기, 라벨 각도, 선 굵기·스타일까지 조정할 수 있습니다. (맨 위 첫 번째 화면)
• Result Table: 시나리오 회차별 모든 계산 결과를 하나의 표로 보여 주고, 클릭 한 번으로 Excel 파일로 내보냅니다.
• Design Data: 모듈별 유량, 온도, 압력 강하, 유효도 등 상세 계산 결과를 정형화된 텍스트로 보여 주며, 메모장으로 바로 열어 볼 수 있습니다.

회차별 전체 계산 결과를 한 표로 정리한 Result Table (Excel 내보내기 지원)

모듈별 상세 계산 결과를 보여 주는 Design Data 화면

5단계. 보고서로 마무리

제목, 날짜, 작성자만 입력하면 입력 조건, 설계 데이터, 다이어그램을 깔끔하게 배치한 프레젠테이션 형태의 보고서가 자동으로 만들어집니다. 리본 메뉴의 Export to PDF와 Print로 바로 저장하거나 출력할 수 있어, 해석이 끝난 뒤 문서 작업에 따로 시간을 쓰지 않아도 됩니다. 화면 Skin과 Theme도 사용자가 바꿀 수 있습니다.

입력 조건과 결과를 자동으로 배치한 보고서 화면 (PDF 저장·인쇄)

텍스트 기반 실행과 무엇이 달라졌나

작업	텍스트 기반 실행	Heat Exchanger Design Analyzer
조건 입력	정해진 형식에 맞춰 값을 나열	도면을 보며 항목별로 입력
단위 처리	사용자가 직접 환산	선택한 단위를 자동 변환
변수별 해석	값을 고쳐 매번 다시 실행	범위·간격 지정 후 자동 반복 실행
결과 비교	결과 파일을 열어 따로 정리	차트·결과표로 즉시 비교, Excel 내보내기
보고서	별도 문서 작업	PDF·인쇄용 보고서 자동 생성

Fortran 솔버를 다시 짜지 않은 이유

연구 현장의 Fortran 코드는 오랜 시간 검증을 거친 자산입니다. 이를 C#으로 새로 옮기면 결과가 미세하게 달라질 위험이 생기고, 그만큼 재검증 비용이 듭니다. 그래서 솔버는 그대로 두고, C# 프로그램이 입력 데이터 생성 → 솔버 실행 → 결과 수집·가공을 맡는 인터페이스 방식을 택했습니다. 계산의 신뢰성은 지키면서 사용성만 바꾸는, 가장 위험이 적은 길이라고 판단했습니다.

이런 경우라면 비슷한 방식으로 개발할 수 있습니다

• 연구실이나 기업에 Fortran, C 등으로 만든 해석·시뮬레이션 프로그램이 있는데 사용법이 어려운 경우
• 사람이 바뀔 때마다 프로그램 사용법을 다시 가르쳐야 하는 경우
• 변수를 바꿔 가며 수십 번 해석하는 파라미터 스터디를 손으로 반복하고 있는 경우
• 해석 결과를 매번 엑셀과 PPT로 옮겨 정리하고 있는 경우

개발 상담 때 자주 듣는 질문

Q. 기존 해석 프로그램의 소스 코드가 꼭 있어야 하나요?

입력과 출력 형식을 확인할 수 있다면 실행 파일만으로도 GUI를 연동할 수 있는 경우가 많습니다. 소스 코드가 있으면 연동 방식을 더 유연하게 설계할 수 있으므로, 상담 단계에서 보유하신 자료를 함께 확인합니다.

Q. GUI로 돌린 결과가 기존 방식과 같다는 걸 어떻게 확인하나요?

같은 솔버를 그대로 호출하기 때문에 계산 로직은 동일합니다. 개발 과정에서는 동일한 조건으로 기존 방식과 GUI의 결과를 비교해 입력 변환과 결과 수집이 정확한지 확인합니다.

Q. 어떤 도구로 개발했나요?

C#과 DevExpress WinForms로 개발했고, .NET Framework 4.5.2 이상에서 동작합니다. 리본 메뉴, 차트, 그리드 같은 화면 요소를 안정적으로 구현할 수 있고, 연구실의 기존 Windows PC에도 부담 없이 설치할 수 있습니다.

엔지니어가 숫자를 맞추느라 쓰던 시간을 설계를 고민하는 데 쓰게 하는 것, 이번 프로젝트의 목표는 그 한 줄이었습니다. 연구실 서랍 속에서 잠자고 있는 해석 프로그램이 있다면 우리비엔씨에 편하게 문의해 주세요.

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