효율적인 시뮬레이션을 위한 대칭 축소 모델해석에서 boundary type설정에 따른 결과 비교

아래와 같이 대칭인 형상을 갖는 모델의 경우 종종 경제적인 해석을 위해 한쪽(반)만 모델링 및 격자를 생성하여 해석을 진행합니다. 일반적으로 대칭인 면에 대한 Boundary type을 Symmetry Plane으로 설정합니다.

하지만 아래와 같은 1/6 형상의 모델인 경우 회색 Wall boundary에 대한 처리를 Symmetry plane 조건으로 기존과 동일하게 설정하거나 periodic interface로 설정하는것을 고려해 볼 수 있습니다.

위 두가지 boundary 설정에 대한 정의는 다음과 같습니다.

Symmetry (PLANE): A symmetry plane boundary 시뮬레이션에서 가상 대칭 평면을 나타냅니다.

이것을 사용하여 형상과 흐름이 대칭인 위치에서 계산 영역의 범위를 줄일 수 있습니다.

The symmetry plane boundary는 shear stress가 0인 "slip wall" 평면으로 사용 가능합니다.

symmetry plane은 법선 속도와 다른 모든 변수의 법선 기울기가 0인 boundary surface 입니다.

결과적으로 symmetry plane boundary를 가로지르는 flux는 0 입니다.

Periodic Interface: The boundaries of a periodic interface는 공간에서 물리적으로 분리되어 있지만,

일정한 회전 또는 변환을 통해 한쪽에서 다른 쪽으로 매핑할 수 있습니다.

periodic interface 정보의 순환적 반복을 나타내므로 한 경계를 가로지르는 플럭스가 변환 되어 다른 쪽에 적용됩니다.

결론적으로symmetry는 표면에 0 기울기를 적용합니다. Periodic interface는 한 쪽에서 다른 쪽으로 데이터를 매핑합니다.

다음은 1/6모델에서 Periodic interface, Symmetry plane boundary, Slip wall 적용한 결과에 대해 비교해 보았습니다.

1. 기존과 동일하게 Symmetry Plane으로 지정

2. 두 Boundary를 하나의 interface로 생성하여 Periodic interface로 지정

3. Slip Wall 조건 지정

단순한 원통형 형상과 회전 방향 요소(swirl)가 없는 상황이라면 Symmetry condition과 periodic boundary Slip wall 모두 Flow의 방향과 velocity 값의 결과가 동일하게 나오는 것을 확인하였습니다.

하지만 Inlet boundary에 Flow direction을 설정하여 회전 방향요소를 부여한 경우 periodic interface와 Symmetry plane, Slip wall 조건간 차이를 보였습니다. Symmetry plane (slip wall)의 경우 법선방향 기울기가 0이므로 가로지르는 flux가 0이기 때문에 위와 같은 결과가 나타납니다.

따라서 테스트 결과를 참고하여 각 해석 상황에 맞게 적용 하시기 바랍니다.