ANSYS FLUENT V12

65 Pages·2015·14.53 MB·English

2008 Summer
ANSYS 고급유저를위한CAE 전문매거진
ANSYS FLUENT V12
ANSYS Workbench DX를이용한파라미터설계해석
산업탐방- 웅진코웨이
ANSYS performance 최대화(2) -
ANSYS사추천하드웨어구성
CONTENTS
2008 Summer
칼럼
3 시뮬레이션데이터의관리/ 심진욱
업데이트
4 ANSYS FLUENT V12 / Chris Wolfe
산업탐방
12 웅진코웨이
4 CAE 접목최적설계도출, ANSYS Workbench 적용전처리작업시간단축
프로그램분석
14 Lanczos PCG Eigen solver와Residual Vector법/ 이강수
16 ANSYS Workbench DX를이용한파라미터설계해석/ 박정진
18 Drucker-Prager 모델/ 윤진환
22 ANSYS를이용한박판구조물의유한요소해석/ 정지광
Tutorial
25 ANSYS/AUTODYN을이용한Bird Strike 해석/ 김유석
12
초대기고
30 CFD에의한2D 에어포일공력특성및3D 풍력터빈성능예측/ 김범석
36 풍력발전시스템주축의구조안정성평가/ 고우식
해석사례
40 Pivot Housing의너트체결불량및원인규명을위한유한요소해석/ 이태문
44 강건해석/ 조주형
46 냉각용가스터빈블레이드에대한Fluid Structure Interaction 적용/ 정상진
16 48 FSI 해석을적용한풍력터빈해석사례/ 이주철
ANSYS와CFX를사용한유체구조연성해석
52 풍력발전시스템에서CAE 해석/ 김욱현
Tips & Tricks
55 Spring과Elastic Support / 정준영
58 ANSYS Workbench Simulation 환경에서의좌굴해석/ 조선영
61 ANSYS performance 최대화(2) / 배징도
ANSYS사추천하드웨어구성
40 64 News
Column
시뮬레이션 데이터의 관리
■심진욱상무｜태성에스엔이, [email protected]
CPDA 2007 PLM Road map conference에서CAE를일상적으로사용하는150개회사를대상으로'엔지니어의시뮬레이션
기술을어떻게잘활용할것인가?' 또, '시뮬레이션의결과를어떻게관리할것인가?'에대한설문조사자료를접한적이있습니다.
놀랍게도75%의회사에서그귀중한정보를놓치고있다고합니다. 그회사의CEO들이들었다면난리가날일이지요. 그런데막
상그런정보를일상적으로접하는엔지니어들에게는그리충격적으로느껴지지않는모양입니다. 이런자료들이그렇게귀중하
다고느껴지지않는이유는뭘까요? 어쩌면우리가일상적으로하는해석작업을당연하다고여기기때문이아닌가요?
아주간단한해석에도한나절이걸리고, 몇개월이걸리는복잡한문제들도있지만우리가애써서한번작업했던내용들을다
시활용할가치가없었던것인지진지하게생각해볼필요가있을것같습니다.
간혹다른모델이지만경계조건이나하중조건, 관심영역이비슷한문제를접했을때과거의자료를이용해보자는생각이든
적은없나요? 똑같은작업을다시하는것은처음그작업을하는것보다힘들고짜증나는일입니다. 아마한두번쯤은작업을
하다가실수로파일을날려다시처음부터작업했던기억들이있을겁니다.
우리가힘들게완성한데이터들은자신의데스크탑이나CD/DVD로구워서잘보관해두셨겠지요. 하지만그데이터를다시꺼
내보신적이많은가요? 그렇지않다면비싼자산을그냥묵혀두고있는겁니다. 어떤자료가정리되지않고후배나자기자신조차
도다시사용하지않는다면보관할가치가있었던것일까요?
우리가아직익숙하지않은부분에대해서는보통그가치를평가절하하거나필요하지않다는식의반응이보이게됩니다. 그
반면한번익숙해지게되면계속그프로세스를따르게됩니다. 지금까지는그런기술이없었기때문에염두에두지않았지만어
느날새로운기술이나온다면우리의생각이나행동양식도당연히바뀌어야합니다.
얼마전ANSYS사에서출시한EKM(Engineering Knowledge Management)이라는제품은바로그런필요성에서나온제품
입니다. 기존의해석에서유용한프로세스를템플릿으로구성해두고, 비슷한종류의해석에바로적용할수있다는것이가장큰
장점입니다. 또, 프로젝트, 팀원, 부서등조직에따라분산되어있는시뮬레이션데이터를효율적으로관리하여필요한때에즉각
참조할수있는시스템을제공하는것도큰장점입니다. 우리가어떤자료를찾는데걸리는시간이며, 집중력이분산되어놓쳐버
리는기회비용을생각하면꼭필요한툴이아닌가생각됩니다.
제가20년넘게일해온이분야만하더라도과거에어떤해석케이스가있었던것은어렴풋이기억이나지만만약그일을다
시해야한다면그기억을되살리거나데이터를복원하는데많은시간이걸릴것같습니다. 또그동안축적해놓은데이터중에
서필요로하는데이터를바로찾는일은또적지않은시간이들겠지요. 그래서이번기회에제가가진데이터를바로이EKM으
로구성하여얼마나도움이되는지한번시험해볼작정입니다.
이제대부분의CAE 툴들은특수한분야를제외하고는어느정도의기술적인수준은평준화되어가는느낌입니다. 그대신클
러스터링이나통합환경, Multiphysics, 데이터관리시스템등으로엔지니어들의시간과노력을줄이려는기술에더큰관심이쏠
리고있습니다. 그부분에서경쟁력과비용절감이나올수있기때문이지요. 우리가타성적으로해온작업들을어떻게하면좀더
줄일수있나또는더효율적으로할수있나를항상생각해보는자세가필요한시점입니다. 감사합니다.
(주)태성에스엔이 3
업데이트
ANSYS FLUENT V12
이 글에서는 FLUENT(플루언트) 6의 역사, FLUENT 6.3을 위한 immersed boundary 모듈,
FLUENT V12의현재개발상황등FLUENT의업데이트내용에대해소개한다.
■Chris Wolfe ｜FLUENT Product Manager
FLUENT 6 역사 ■빠르고, 자동화되었으며, 예비설계에빠르
게대응이가능하도록해준다.
■ 출시 예정일 : 베타 시험기간을 거쳐
2008년상반기
▲STL Surface Representation
■Built on the FLUENT 6 code base
■ Over 100 other new features in
FLUENT 12, including enhanced
physical modeling capabilities in areas
▲Immersed Boundary
such as Eulerian multiphase, the ▲Cartesian Adapted Mesh Courtesy of General Motors Corporation
Courtesy of General Motors Corporation
discrete phase model, combustion, and
radiation. ■ non-body conforming 격자를 얻기 위 IB(Immersed Boundary)가 지원하는
■FLUENT 12의릴리즈는2008년여름예 한기술 모델들
정임 - 형상과격자를준비하는과정에걸리는시 ■ Pressure-based solver (segregated
간을획기적으로줄여준다 or coupled)를사용하는층류및난류3차원
FLUENT 6.3을 위한 immersed - CAD에서 CFD 형상 변경 및 clean-up 유체유동
boundary 모듈 문제에 따른 시간 손실을 피할 수 있게 해 - Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega
■ FLUENT 6.3을 위한 Immersed 준다 와DES 난류모델들은외부유동및내부유동
Boundary Add-On Module ■ Physical boundary conditions 해석을지원한다.
■ANSYS Fluent사와Cascade사간의협 enforced through reconstruction ■완전한병렬화
력에의해제작된모듈: 복잡한형상의제품 schemes that emulate body-fitted ■대류열전달과이상기체에대한지원이개
을단순화하여직교좌표계의adapted 격자 behavior 발중에있다.
로만들어주는기법
4 ANZINE 2008 Summer
업데이트
FLUENT를위한새로운인터페이스 FLUENT를위한CFD 후처리
■사용자인터페이스공사
- 보다현대적인작업대같은분위기와화면
- 하나의윈도우: Option during start-up
to detach graphics windows
- 전통적인FLUENT의작업흐름도는유지
- Workbench환경안에서또는FLUENT 단
▲격자
독으로도사용가능
■FLUNET CFD 후처리능력
- Read 본래의FLUENT case 및데이터파
일을읽음.
- 비정상현상의후처리에보다효율적임
▲정압등고선
- 서로다른datasets에서비교할수있는능력
FLUENT 12 개발 - 자동HTML 리포트생성기능
■FLUENT 12는현재개발중에있다. - 독립적인3D 뷰어
- 주요개발단계는완성된상태이며,
- 응용분야및특징에대한테스트가진행중 Workbench 통합환경
■Cautionary Statements ■ANSYS Workbench V12로FLUENT 통합
- 몇몇 특징들은 궁극적으로 사용이 가능하 - 단일프로젝트관리자환경에서형상,격자,
지않을전망이며, 후처리까지처리가가능
- 몇몇 특징들은 마지막 출시에도 여전히 - 파라미터관리지원
“Beta”로남을예정이다. ■FLUENT 12 독립적사용가능
■FLUENT 12 Beta 버전이현재등록후사
용이가능하다.
http://www.fluentusers.com/fluent12_beta/ 새로운인터페이스창및각각의기능
- Beta 설명서가많은특징에대해준비되어
있으며,
- 검토보고서가사용가능한특징들에대해
준비되어있다.
Drivers for FLUENT 12
■CAE 환경에서의주요특징
- FLUENT를위한새로운인터페이스
- FLUENT를위한CFD 후처리
- Workbench 통합환경
■주요물리현상에관한부분
- 엔진실린더내부유동
- Eulerian Multiphase를 위한 Coupled
Solver ▲Workbench 통합환경그림및내용
(주)태성에스엔이 5
업데이트
기능소개의예 - 텍스트명령기반의event 가능
엔진실린더내부유동
■격자형성(ICEM)
- IC3M을 사용한 canted valve의 Pure
layering과smoothing
▲IC3M 플러그인을사용한ICEM 화면
- using IC3M을 사용한 canted 밸브의
Pure layering과smoothing
- UDF를통한상수가아닌Layering 가능
■DPM
▲밸브영역에서IC3M에의해형성된완전환육방정계격자
- 크랭크각도함수로연료분사해석가능
- Activate/deactivate zones in parallel ; - IC specific vaporization laws
흡기포트가닫히면흡기포트에대한영역의
해석이 필요 없으므로 비활성(deactivate)화 ■Combustion
한다. - Extended Coherent Flamelet Model
▲smoothing과layering 사이변경을위해사용되는텍스 - 배기가스 재순환장치(Exhaust Gas
트기반event 사용의예
Recirculation)
■리포트기능 - UDF를사용한점화모델
내연기관에서사용되는특정사항의출력패
널이준비되어있다. Multiphase Coupled Solver
- IC specific output panel ■Eulerian mutiphase Coupled Solver
∙스월(Swirl) - Couples velocity and pressure
∙텀블(Tumble) equations
▲흡기밸브가닫힐때의흡기포트의비활성화(deactive)
∙동력(Power) - 체적분율에관한방정식에대한couple 선
∙연료소비량(Fuel consumption) 택옵션제공
6 ANZINE 2008 Summer
업데이트
- Available for population balance Adaptive time stepping 기능향상 병렬기능의향상
■여러경우에대한선험적인테스트는정상 DB-implicit solver를 위한 Solution ■ Partitioning 1 billion cell cases (700M
상태수렴성향상을보여주고있다. steering cells per processor/core)
- Opteron/EM64T lnamd64 version
Courtesy of the National Oceanic and Atmospheric
성능과CAE 작업 Administration, and the U.S. Environmental Protection
Agency, National Exposure Research Laboratory, and
■핵심수치해석내용(Core Numerics) the U.S. EPA Environmental Modeling and Visualization
Laboratory, Lockheed-Martin Operations Support
■병렬(Parallel)
■격자(Meshing)
■ One-Way Coupling을 통한 고체-유체
연성해석
정확도와신뢰성의향상
- first to-second-order blending
이선택사양은second order가수렴하지않
을 때 first order보다 나은 솔루션을 제공한
다. 이 선택사양은 pressure-based 및 ■향상된병렬처리확장성(scalability) 및부
density-based 솔버모두에사용가능하다. 하균등화기법(load balancing)
비정상해석효율의향상
▲ Partitions without Load Balancing 13.2
seconds/iter
▲ Force Integration vs. Time(top) and vs. FLUENT 6.3
Iteration(bottom) FLUENT 12 ▲Partitions with Load Balancing 7.8 seconds/iter
(주)태성에스엔이 7
업데이트
Meshing (both density-based and pressure-
■다면체격자변경시감소된메모리 based)
■경계에서Anisotropic adaption
물리현상모델링부분
- 경계조건(Boundary Conditions)
- 혼합평면(Mixing Planes )
- 난류(Turbulence)
- 다상(Multiphase) 출구압력조건
- 입자운동(DPM) - More robust target mass flow rate
- 반응유동(Reacting Flows) - Individual pressure limits for multiple
- 실제기체(Real Gas) pressure outlets
- 복사(Radiation)
- 연료전지(Fuel Cells)
입구경계조건
■입구압력및질량유동조건의확장
- 스월(swirl) 성분의설정가능
- Specify inlet condition all in relative or
absolute reference frame(density-based
solver)
다기관형상
One-Way Coupling을통한유체고체연성해
석(FSI) ■Pressure far-field
■FLUENT 12는다음과같은구조해석코드 - 원통좌표계로유동설정가능
와one-way 연성해석이가능해졌다. (Cylindrical flow specification)
- ANSYS(w/o Workbench) ■Non-reflecting boundary conditions
- 3rd party FEA codes - Compatible with non-conformal
∙ABAQUS, I-deas, NASTRAN, PATRAN interfaces and dynamic mesh
- Surface and volume mapping
∙ Structural and thermal loads on
surfaces
∙Temperature in volumes
- Read in FEA mesh, interpolate
FLUENT data, export 출구경계에서질량유량입구
- Display imported mesh with FLUENT (Mass flow inlets as outflow boundaries)
mesh - Added for density-based solver
- Outward flow profile preserved
8 ANZINE 2008 Summer
업데이트
Alternative mixing plane profile averaging 다상유동 - Universal drag law
methods ■Multi-fluid VOF model ■VOF
- Non-shared velocity formulation - Numerical Wave Tank Boundary
■ Explicit interface tracking scheme for Condition
the Eulerian multiphase model - Ability to plot phase IDs when more
than 2 phases are present
An iso-surface of gas volume
fraction at one instant during
the bubble column operation
Contours of static pressure on an axial compressor
난류모델
■난류천이모델
- SST transition model
- Improved Walters model
- UDF access to SST transition
correlations
케비테이션
Bubble rising through a slurry of granular solids in
water. - Improved robustness for FLUENT
cavitation model
Air Foil, 마하수0.15, 영각=13.3� - Addition of CFX model
Skin Friction Coefficient ▲Residuals for fuel injector case
DPM is used to track the red particles with the
tranular phase velocity
■Eulerian Multiphase
- Ability to model filtration using porous ▲연료분사기에서온도분포
Pressure coefficient
media
(주)태성에스엔이 9
업데이트
실제기체모델
■Real gas model added for pressure-
based solver
■New built-in Aungier-Redlich-Kwong
law
■Reactions with real gas model
■New post-processing
▲연료분사기에서증기의체적분율
Population Balance
■ Independent breakage frequency
and breakage pdf functions for
breakage kernels
■New breakage pdf functions
- Parabolic pdf
- Generalized pdf for multiple breakage
■New breakage frequency functions
▲Particles in a fluidized bed colored by particle
- Lehr model for gas-liquid velocity
- Coulaloglou and Tavlarides for liquid-
liquid 반응을수반하는유동
- Ghadhiri’s mechanistic model for ■DQMOM-IEM model
gas-solid ■Stiff chemistry for Eulerian Multiphase
■New aggregation kernels ■Kinetics
- Turbulent model and free molecular
model for liquid-solid
▲내장된Aungier-Redlich-Kwong에의한subcritical
메탄연소
Discrete phase Model
■Dense Discrete Phase Model 열전달/복사
- Permits tracking of particles using ■ Alternative view factor calculation
DPM as a secondary phase in an methods
Eulerian simulation - Ray-tracing
- Volume fraction and drag considered - Multiple surface mechanisms - Cluster-to-cluster
like an Eulerian phase - Evaluate specific heat and enthalpy ■Shell conduction improvements
■Discrete Phase Model ■New user-defined function hooks - Temperature dependent thermal
- Massless particles for residence time - Properties for partially premixed conductivity
distribution - Turbulent Schmidt number - Compatibility with semi-transparent
- Improved robustness and usability - Temperature dependent sensible heat walls
and enthalpy - Improvements for parallel
■Solar load 모델개선
- Control solar transmissivity through
boundaries
10 ANZINE 2008 Summer