7월 292016
 

Autodesk Smulation CFD Process

 

CFD의 해석 Process는 다음과 같이 크게 4단계로 분류할 수 있습니다.

1. Launch the model (모델 불러 들이기)

2. Set up task (해석 정보 설정하기)

2.1 Material 정의

2.2 Boundary condition 정의

2.3 Define mesh

3. Run the simulation (해석 계산 실행하기)

4. Visualize the results (결과 분석하기)

다음 예제를 통해서 CFD Process를 보다 자세히 살펴 보도록 하겠습니다.

 

1. Launch the model (모델 불러들이기)

먼저 해석하고자 하는 모델을 준비합니다. 일반적으로 CAD 프로그램에서 모델 작업을 하면 Solid Parts (형상 Body부)를 만들게 됩니다. Simulation CFD에서 그 모델을 사용하고자 한다면 그 모델 뿐만 아니라 fluid part (유동 볼륨 영역)도 필요합니다. Fluid part를 만드는 방법은 크게 세가지 방법이 있습니다. CAD 프로그램에서 Solid Parts와 함께 fluid part 영역을 작업하셔도 되고, Autodesk SimStudio와 같은 CAD 리더 프로그램에서 CAD 모델을 불러 들인 후 fluid Part를 만들거나, CFD에서 직접 작업이 가능합니다. 이는 모델을 CFD로 불러들이는 Launch the model의 작업과정과 같습니다. 즉, 모델을 불러들이기를 하시는 방법은 CAD프로그램에서 CFD를 실행하거나, CAD 리더 프로그램에서 실행하기, 마지막으로 CFD에서 CAD 모델 또는 Mesh 파일을 가지고 올 수 있습니다.


  1. CAD 프로그램에서 Fluid Part (유동볼륨 영역) 만들기 (예제 모델 : Valve 유량 제어 장치)

     


  2. Simulation CFD 의 Void Fill tool을 사용하여 Fluid Part (유동볼륨 영역) 만들기

 

2. Set up task (해석 정보 설정하기)

이 단계에서는, 사용자가 알고 있는 해석 대상의 물리적 특성를 포함한 모든 정보를

입력해 줍니다. 각 Part의 Material를 정의해 주고 Boundary condition을 입력합니다.

 

2.1 Material 정의

Setup > Setup Tasks > Materials

상기 작업 경로를 따라 Material을 지정할 수 있습니다. CFD에서는 크게 Materials와 Devices로 모든 Part에 할당을 해야 합니다.

Materials는Fluid (액체) 및 Solid (고체) 두 가지 유형 및 Devices로 할당 가능합니다. Devices는 물리적 장치 모델로 내부 팬, 원심 팬, 저항, 체크 밸브, PCB 등의 모델을 선택할 수 있습니다.

상기 모델의 경우 Solid 영역인 외부 Valve body, 내부 Poppet body 지정 및 Fluid 영역은 water로 할당함

 

2.2 Boundary condition 정의

Setup > Setup Tasks > Boundary Conditions


상기 작업 경로를 따라 Boundary conditions를 지정할 수 있습니다.

속도 및 체적 유량 같은 몇 가지 조건을 넣어 어떻게 액체가 들어가고 나가는지 정의할 수 있으며, 또한 film coefficient, heat flux를 입력하여 모델과 그 주변 사이에 에너지 교환 정의합니다.

상기 모델의 경우 Inlet부에 Velocity의 값을 넣고, Outlet에 압력을 O MPa로 지정함

 

2.3 Define mesh

Setup > Setup Tasks > Mesh Sizing


상기 작업 경로를 따라 Mesh Sizing을 지정할 수 있습니다.

CFD에서는 자동으로 Mesh 크기 설정 작업이 가능합니다. 자동으로 Mesh 작업을 하시려면 아래 아이콘을 선택해 주시면 됩니다.

Autosize 기능을 통한 Mesh 모델

 

3. Run the simulation (해석 계산 실행하기)

Setup > Simulation > Solve


모든 해석 정보 설정 작업이 완료 되면 해석을 실행할 수 있습니다. 상기 작업 경로를 따라 Solve를 실행합니다.

 

Solve를 실행시킨 화면

 

세 개의 탭을 포함하고 있으며 각각의 설정 내용은 다음과 같습니다.

1) Physics : 흐름 및 열 전달 등 물리적 모델 선택

2) Control : 정상상태 (Steady-State) 또는 Transient와 같은 매개 변수를 지정하고

Iterations 수 설정

3) Adaptation : 점진적으로 Mesh를 개선하기 위해 여러 번 해석을 실행. 해석 결과에 따라 Mesh를 수정하고 다음 주기에 새로운 Mesh를 사용하기 위한 설정

 

4. Visualize the results (결과 분석하기)

Results > Result Tasks

 

해석 계산이 수렴, 즉 완료되고 나면 해석 결과값을 확인해 볼 수 있습니다. 이러한 결과들은 설계에 대한 성능을 보여주고, 설계 목표를 충족하는지 분석할 수 있습니다.

 

Valve 유량 제어 장치의 해석 결과 – 유량 및 압력 강하 등의 결과를 볼 수 있음

 

이상으로 Simulation CFD의 해석 Process를 간단히 살펴 보았습니다. 다음 시간에는 각각의 Process를 보다 심도있게 살펴 보도록 하겠습니다.

 

감사합니다.

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