Simcenter 3D Solutions Duct flow simulation for pressure drop with Simcenter 3D

아주 간단한 확장관인 duct 를 이용하여 flow 해석을 수행합니다.

Inlet 과 Outlet 에서 계산되는 pressure 값을 계산하는 것이 목표이며 최종적으로 pressure drop 의 양을 확인합니다.

본 해석은 정상상태의 터블런스 모델을 이용하여 계산합니다.

본 동영상에서 Part1 은 CAD 로부터 경계면 wall 의 layer 부여하여 최종적으로 CFD mesh 를 만듭니다.

최종 inlet 과 outlet 에 결과 도출을 위해 CAD 일부 수정하여 meshing 을 합니다.

Part2 는 flow 해석을 위한 경계조건을 inlet 과 outlet 에 경계조건을 부여하고 해석 파라미터를 설정합니다.

그리고 결과를 선택하고 해석을 수행합니다.

Part3 는 계산된 결과를 확인하는 후처리 부분을 포함하고 있습니다.

본 동영상은 다음의 해석 절차를 포함하고 있습니다.

1. 지오메트리 준비

• 지오메트리 가져오기/생성: 먼저 Simcenter 3D에 덕트 CAD 지오메트리를 가져옵니다. 
• 지오메트리 간소화: 유동에 큰 영향을 미치지 않은 부분들을 간소화 합니다. (예: 필렛, 작은 구멍)

2. 메쉬 생성

• 메쉬 전략 정의: 유체 도메인에 대한 메쉬를 생성합니다. 덕트 유동의 경우 더 나은 정확도를 위해 육각형(hexahedral) 또는 사면체(tetrahedral) 요소를 사용합니다.
• 정밀 영역 설정: 벽 근처, 굴곡, 또는 입출구와 같은 유동의 특성이 두드러질 것으로 예상되는 영역에 메쉬를 세분화합니다.
• 경계층 메쉬: 난류 흐름인 경우, 벽 근처에서 유동 변화가 급격히 나타나는 경계층을 포착하기 위해 경계층 메쉬를 추가합니다.

3. 경계 조건 설정

• 입출구 조건: 입출구 경계 조건을 정의합니다. 입구에는 특정 유속, 압력 또는 질량 유량을 설정하고 출구에는 오픈 조건을 설정합니다.
  • 예시: 입구 유속 10 m/s, 출구 대기압 설정
• 벽 조건: 덕트 벽에 대한 경계 조건을 설정합니다(점성 유동의 경우 비미끄럼 조건). 

4. 솔버 설정

• 물리 모델 선택: 문제에 맞는 유동 유형을 선택합니다:
  • 비압축성/압축성 유동: 비압축성 유동(액체 또는 저속 공기) 또는 압축성 유동(고속 기체)에 맞는 설정을 합니다.
  • 난류 모델: 난류가 있는 경우 k-입실론 또는 k-오메가 모델과 같은 난류 모델을 선택하여 난류 흐름을 처리합니다.
• 솔버 유형: CFD 솔버(Simcenter  Nastran)를 선택하고, 정적 상태 또는 비정적 해석을 선택합니다.

5. 해석 실행

• 초기 조건 설정: 유동의 초기 조건을 설정합니다(예: 속도를 0으로 설정하거나 일정한 속도 프로파일 설정).
• 수렴 기준 정의: 연속성, 운동량, 에너지의 잔차값을 설정하여 솔버의 수렴 기준을 정의합니다.
• 해석 실행: 해석을 실행합니다. 메쉬 크기와 모델의 복잡성에 따라 해석 시간은 몇 분에서 몇 시간까지 소요될 수 있습니다.

6. 결과 후처리

• 속도 및 압력 분포: 덕트 내부의 유동 거동을 이해하기 위해 속도 및 압력 필드를 시각화합니다. 등고선, 유선 또는 벡터 플롯을 사용하여 유동 패턴을 확인할 수 있습니다.
• 난류 및 와도: 난류 모델을 사용하는 경우, 난류 운동 에너지 및 와도를 시각화하여 굴곡이나 장애물 근처의 유동 특성을 분석합니다.
• 압력 강하: 입구 및 출구에서 질량 유량을 계산하고 덕트 내의 압력 강하를 계산합니다.

결론

Simcenter 3D는 CFD 및 다중 물리학 기능을 제공하여 덕트 유동 시뮬레이션을 수행하는 데 강력한 프레임워크를 제공합니다. 
이 과정은 지오메트리 설정, 메쉬 생성, 경계 조건 적용, 유동 방정식 해석 및 결과 해석으로 이루어집니다.
덕트 유동 시뮬레이션을 통해 설계를 최적화하고 유동 효율성, 압력 강하 및 열 전달 성능을 개선할 수 있습니다.