Simcenter STAR-CCM+ 격자의 의한 해의 발산 문제의 진단과 해결 방법
2022-03-22T07:36:30.000-0400
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요약
해석을 진행하다보면 해의 발산을 종종 경험하게 된다. 대부분의 해의 발산 문제의 원인은 크게 2가지 종류로 구분할 수 있다. 1. 격자 품질의 낮은 영역에서 속도 또는 압력값의 비물리적인 증가 2. 물리모델, 경계 조건등의 부적절한 설정 본 문서에서는 1번의 경우에 원인을 파악하고 해결하는 방법에 대해 기술하고자 한다.
세부 정보
1. 격자 품질 확인 방법
먼저 해석을 본격적으로 진행하기 이전에 먼저 격자 품질을 확인해야 한다.
i. Mesh Diagnostics를 실행하면 output창에 격자품질에 대한 정보를 얻을 수 있다.
Volume Change와 Face Validity값이 출력이 되는데, 각각의 값의 의미는 사용자 설명서에서 확인할 수 있다. 이 값들은 전체 셀들에 대한 값이고, 격자 품질을 평가하는 지표를 다 반영한 것은 아니다.
ii. 더 많은 격자 품질 지표를 확인하기 위해서는 Remove Invalid Cell 기능을 이용하면 된다. Remove Invalid Cell은 Face Validity, Cell Quality, Volume Change, Negative Volume등을 확인 할 수 있다. Identify 를 누르면 조건에 맞는 셀의 개수를 확인할 수 있다. 품질이 낮은 셀들이 생성이 되면 Remove를 하거나, 격자를 재 생성하면 된다. 해석 분야 따라서, 기준값들에 대한 best practice가 있기 때문에, 사용자 가이드나 서포트센터에서 검색해 보거나, 기술지원 엔지니어에게 문의 하면 된다.
격자를 재생성하기를 원한다면, 품질이 낮은 셀들이 어디에 존재하는지 확인해야 한다. 확인 방법은 Derived Part에 Threshold를 기능을 이용해서 품질 평가를 위한 지표를 바탕으로 위치를 알 수 있다. 위치를 확인했다면, 그 위치에 해당되는 격자 셋팅에 Custom Control을 이용해서 격자 크기, 프리즘 셋팅, curvature 등의 값을 변경 후 격자를 생성하면 된다.
iii. 해석 진행 전에 한가지 더 확인해야 할 것은, non-contiguous 격자는 없는지 확인하는 것이다. 해석 도메인안에 의도하지 않는 non-contiguous 격자는 해의 발산을 야기 시키기 때문에 반드시 확인해 봐야 한다. 확인 방법은 격자가 있는 해당 Region에서 우클릭후 실행할 수 있다. Preview를 누르면 선택한 Region에 non-contiguous영역의 개수가 표현이 되고 apply를 누르면 선택한 Region에서 분리 된다. 이렇게 분리된 Region들은 해석에 영향을 주지 않는다.
2. 격자 품질을 확인후 해석 진행 시 해의 발산이 발생한 경우, 특히 속도나 압력의 증가하는 현상이 관찰될 때는 다음과 같이 해결할 수 있다.
i. 먼저 전체 유동장에 대한 최대 속도와 최대 압력을 모니터링 해야 한다.
Reports에서 Maximum Report를 2개 생성하고 Field function은 velocity magnitude와 Pressure를 각각 선택한다. 모니터와 그래프로 생성을 한다. 필요하다면 Stopping Criteria를 생성한다. New Monitor Criterion을 생성하고 위에서 생성한 Max velocity/Max Pressure Monitor를 선택한다. 해석이 멈추는 조건값은 해석이 정상적으로 진행 되었을 때 예상되는 최고 속도/최고 압력을 기준으로 3~5배정도로 설정하면 된다.
ii. Stopping Criterion 에 의해 해석 멈췄을 때, 비 물리적인 속도/압력이 (velocity spike) 발생한 영역을 찾아서 격자를 refine 해주면 된다. 비물리적인 속도/압력이 발생하는 영역은 Derived Part에서 Threshold기능을 이용해서 찾을 수 있다. 이렇게 위치를 찾은후 격자 셋팅을 수정하여 새롭게 해석을 수행하면 된다. 대부분의 경우 압력 보다는 비물리적 속도의 발생 위치를 찾는 것이 손쉬울 수 있다.
먼저 해석을 본격적으로 진행하기 이전에 먼저 격자 품질을 확인해야 한다.
i. Mesh Diagnostics를 실행하면 output창에 격자품질에 대한 정보를 얻을 수 있다.
Volume Change와 Face Validity값이 출력이 되는데, 각각의 값의 의미는 사용자 설명서에서 확인할 수 있다. 이 값들은 전체 셀들에 대한 값이고, 격자 품질을 평가하는 지표를 다 반영한 것은 아니다.
ii. 더 많은 격자 품질 지표를 확인하기 위해서는 Remove Invalid Cell 기능을 이용하면 된다. Remove Invalid Cell은 Face Validity, Cell Quality, Volume Change, Negative Volume등을 확인 할 수 있다. Identify 를 누르면 조건에 맞는 셀의 개수를 확인할 수 있다. 품질이 낮은 셀들이 생성이 되면 Remove를 하거나, 격자를 재 생성하면 된다. 해석 분야 따라서, 기준값들에 대한 best practice가 있기 때문에, 사용자 가이드나 서포트센터에서 검색해 보거나, 기술지원 엔지니어에게 문의 하면 된다.
격자를 재생성하기를 원한다면, 품질이 낮은 셀들이 어디에 존재하는지 확인해야 한다. 확인 방법은 Derived Part에 Threshold를 기능을 이용해서 품질 평가를 위한 지표를 바탕으로 위치를 알 수 있다. 위치를 확인했다면, 그 위치에 해당되는 격자 셋팅에 Custom Control을 이용해서 격자 크기, 프리즘 셋팅, curvature 등의 값을 변경 후 격자를 생성하면 된다.
iii. 해석 진행 전에 한가지 더 확인해야 할 것은, non-contiguous 격자는 없는지 확인하는 것이다. 해석 도메인안에 의도하지 않는 non-contiguous 격자는 해의 발산을 야기 시키기 때문에 반드시 확인해 봐야 한다. 확인 방법은 격자가 있는 해당 Region에서 우클릭후 실행할 수 있다. Preview를 누르면 선택한 Region에 non-contiguous영역의 개수가 표현이 되고 apply를 누르면 선택한 Region에서 분리 된다. 이렇게 분리된 Region들은 해석에 영향을 주지 않는다.
2. 격자 품질을 확인후 해석 진행 시 해의 발산이 발생한 경우, 특히 속도나 압력의 증가하는 현상이 관찰될 때는 다음과 같이 해결할 수 있다.
i. 먼저 전체 유동장에 대한 최대 속도와 최대 압력을 모니터링 해야 한다.
Reports에서 Maximum Report를 2개 생성하고 Field function은 velocity magnitude와 Pressure를 각각 선택한다. 모니터와 그래프로 생성을 한다. 필요하다면 Stopping Criteria를 생성한다. New Monitor Criterion을 생성하고 위에서 생성한 Max velocity/Max Pressure Monitor를 선택한다. 해석이 멈추는 조건값은 해석이 정상적으로 진행 되었을 때 예상되는 최고 속도/최고 압력을 기준으로 3~5배정도로 설정하면 된다.
ii. Stopping Criterion 에 의해 해석 멈췄을 때, 비 물리적인 속도/압력이 (velocity spike) 발생한 영역을 찾아서 격자를 refine 해주면 된다. 비물리적인 속도/압력이 발생하는 영역은 Derived Part에서 Threshold기능을 이용해서 찾을 수 있다. 이렇게 위치를 찾은후 격자 셋팅을 수정하여 새롭게 해석을 수행하면 된다. 대부분의 경우 압력 보다는 비물리적 속도의 발생 위치를 찾는 것이 손쉬울 수 있다.