Simcenter STAR-CCM+ 팁과 케이스간에 간극이 작은 회전체를 해석하기 위한 회전 인터페이스 처리 방법

2022-03-22T07:36:07.000-0400
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요약

케이스(하우징)와 회전하는 프로펠러(블레이드)등의 팁간의 간격이 매우 작을 때 회전하는 모션을 구현하는 방법과 그 방법들의 장단점 및 유의 사항등을 격자와 형상 관점에서 알아보는 것이 문서의 목적이다.

세부 정보

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  1. 오버셋을 이용한 모션 적용
오버셋을 이용하는 경우 팁 간격에 최소한 2~4개의 격자가 겹치게 격자 크기를 결정해야 한다. 그럴 경우 작은 크기의 격자로 인해 총 격자 개수가 증가 할 수 있다. 프로펠러 팁의 궤적을 따라서 오버셋 영역과 백그라운드 영역(housing)의 격자 수준을 맞춰 줘야 하기 때문에 많은 수의 격자가 필요하게 된다. 15.02 버전부터 사용할 수 있는 Adaptive Mesh Refinement를 이용한다면 격자 개수를 줄일 수 있는 여지는 있다. 양질의 격자 품질을 유지 하기 위해서는 팁영역의 격자 크기가(fine mesh) 이외의 코어 격자로 천이 될때 최대한 천천히 증가하게 해야 한다. 이로 인해 격자 수가 증가 하게 된다. 대부분 실린더 형태의 오버셋 영역을 설정하게 되는데, 허브쪽에서 문제가 발생할 여지가 존재하게 된다. 허브 쪽에 회전하는 허브와 회전 하지 않는 허브가 존재 하는데 오버셋 인터페이스 체결시 때에 따라서는 허브 표면 격자가 특정 위치에서 고체 표면으로 적용되지 않을 수도 있다. 이런 것 들이 정밀 해석 시 문제가 될 수 있다.

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  1. 슬라이딩 인터페이스
슬라이딩 인터페이스 사용시에는 하우징과 팁간의 간격이 매우 작을 때는 실린더형 인터페이스 생성시, 테슬레이션을 높이고 CAD정확도를 높여야 표면 격자 작성시 intersection등의 오류가 발생하지 않게 된다. 하우징과 팁간의 최소한 격자가 4~10개정도의 격자가 들어 갈 수 있도록 회전 영역의 격자를 구성해야 한다. 허브쪽 인터페이스 체결은 오버셋을 이용하는 것보다는 다소 좋은 결과를 보일 수 있다. 그러나 모서리 부분에서 인터페이스 체결율이 떨어질 수 있다. 블레이드 팁영역, 즉 격자가 매우 작은 영역이 회전하면서 만나는 면들(고정영역, stationary part)격자 수준을 팁영역의 격자 수준과 맞춰 줘야 된다. 만약 팁 간극이 매우 작다면 팁영역을 모델링하기 위해 많은 수의 격자가 필요하게 된다. 작은 격자를 넣을려고 하다보면 격자 크기 편차로 인해 격자 품질도 저하될 수 있다. 그렇게 되면 수렴성이 떨어져 해의 발산을 야기 할 수 있다. 이런 이유로 팁을 모델링하는 작은 격자로부터 큰 코어 격자로 변화하는 구간을 넓게 가져가야 되고 이렇게 되면 격자는 더 증가하게 된다.

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이런 부분을 해결하기 위해서 정확도는(물리적인 정확도) 조금 손해 보지만 상대적으로 격자를 적게 사용하면서 해석시간을 줄일 수 있는 방법이 있다. 팁간격 중간에, 즉 프로펠러 팀과 하우징(케이싱) 중간에 인터페이스를 만들지 말고 하우징까지 포함되는 인터페이스를 만들면 된다. 이경우 회전하지 않는 하우징 면을 lab frame으로 설정하면 회전속도가 적용되지 않는다. 격자도 팁영역만 국부적으로 작은 격자를 적용하면 되기 때문에 상대적으로 격자를 줄일 수 있다.
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