1. Abstract
고속터빈의 회전 현상을 해석할 때와 같이 어떤 물리량이 혼합되어 전달되어야 하는 경우, midas NFX CFD 에서는 혼합면 해석을 수행하도록 할 수 있습니다. 혼합면 해석을 수행하는 경우 , 주 접촉면으로부터 종속 접촉면으로 유동현상이 전이될 때 , 계산하는물리량들이 평균 되어 전달됩니다. 혼합면 효과를 적용하는 경우 유동 현상의 공간적 특이성이 상쇄되는 효과를 가져옵니다
2. Technology 배경
다양한 기능을 사용하여 회전하는 물체 주변의 유동을 모사할 수 있습니다. 접촉면 설정을 통한 슬라이딩 메시 (Sliding mesh) 기법과 , 회전참조프레임 (MRF; Moving Reference Frame) 기법 등이 있습니다 . 이 중에서 회전참조프레임 기법을 이용하는 경우 유동 현상의 공간적 특이성이 과도하게 모사되는 경우가 발생하며 , 이를 상쇄시키기 위해 후류 부분을 혼합면으로 설정하여 유동 현상을 더욱 사실적으로 표현할 수 있습니다.
그림1 화공 플랜트의 배관 시스템
3. Technology 이론
유동해석을 진행할 경우 고속 회전 터빈과 같이 어떤 값이 평균되어 전달되어야 하는 구간이 존재할 수 있습니다.midas NFX CFD에서는 이와 같은 연산을 수행하기 위해 혼합면(mixing plane) 경계조건 기능을 지원하고 있습니다. 혼합면은 접촉조건과 같이 서로 절점을 공유하지 않은 영역간에 정의되며 상류(upstream)에서 하류(downstream) 쪽으로 평균된 물리량이 전달됩니다.
평균 물리량은 회전체 해석에 적합하도록 동심원에 대한 평균값으로 정의하거나 혼합면 전체에 대한 평균값으로 정의할 수 있습니다. 혼합면 기능은 전체 면에 대한 보간 방정식을 만들어 계산을 수행하므로 연산 시간이 다소 늘어날 수 있습니다.
그림 2 혼합면에서의 물리량 전달
물리량의 전달을 위해 다음과 같은 식이 적용됩니다.
4. Technology 사용
4-1. 예제 설명
예제는 원형 파이프의 임의의 지점에서 돌고 있는 8 개 날 (wing) 블레이드에 의해 발생되는 단순 모델의 유동 해석이며 , 다음 그림 3 과 같습니다.
입구단과 출구단은 모두 0 Pa 의 대기압 조건으로 2 , 유동은 양 끝단의 강제 속도 혹은 압력 차이로 인해 발생하는 것이 아니라 오로지 블레이드의 강제 회전만으로 유도됩니다블레이드의 회전은 회전이동프레임 (MRF; Moving Reference Frame) 방법으로 모사됩니다 . 이는 블레이드 주변 유동 체적이 직접 회전하는 슬라이딩 메쉬 (Sliding Mesh)방법과 달리 , 해당 영역에 진입한 유체가 물체의 회전과 동일한 각속도에 방향은 반대인 상대 운동을 하게 되는 힘을 받게 하는 방법입니다
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