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요약
엔지니어들은 전산유체역학(CFD) 분석을 사용하여 다양한 응용 분야의 유체 흐름 및 열 전달 분석을 연구하고 최적화합니다. ANSYS Discovery는 엔지니어가 CFD 모델을 쉽게 설정 및 해석하고 설계 수정 사항을 알리는 기능을 제공하는 사용자 친화적인 소프트웨어 플랫폼입니다.
이 블로그 게시물에서는 엔지니어링 설계를 위해 Ansys Discovery에서 CFD 분석을 사용하여 제품 개발 초기 단계에서 시간을 절약할 수 있는 이점을 강조합니다. ANSYS Discovery의 Explore 및 Refine 모드를 사용하여 CFD 시뮬레이션을 수행하는 것과 함께 유체 및 열 해석을 위한 모델을 설정하는 프로세스에 대한 자세한 설명을 제공합니다. 또한 이러한 모드 간의 유사점과 차이점을 강조하면서 메시 개선 프로세스에 대해서도 논의할 것입니다. 또한 Refine 모드에서 ANSYS Discovery의 기능을 ANSYS Fluent의 기능과 비교해 보겠습니다. 그런 다음 ANSYS Discovery에서 파라메트릭 연구를 설정하고 사용하는 방법을 살펴보겠습니다. 마지막으로 유체 영역과 이를 둘러싼 고체 벽에 대한 복합 열 전달 해석을 살펴보겠습니다. 각 섹션에는 명확한 예를 제공하고 논의된 개념을 설명하는 비디오가 함께 제공됩니다.
1. ANSYS Discovery CFD 모델 구성
이 섹션에서는 ANSYS Discovery의 모델 모드에서 CFD 모델을 설정하는 방법을 살펴보겠습니다. 먼저 사전 제작된 예제를 선택하고 필요에 맞게 형상을 수정합니다. 그런 다음 형상에 오류와 결함이 있는지 검사하고 Discovery Design 도구를 사용하여 필요한 수리를 수행하며 솔리드 모델에서 볼륨을 추출하여 유체 영역을 정의합니다. 다음으로 입구 및 출구 속도, 온도, 압력과 같은 경계 조건을 지정하고 유체 재료 선택, 유체 특성, 초기 온도 등을 지정하여 문제의 물리학을 설정합니다.
2. ANSYS Discovery: 탐색 모드에서 CFD 모델 해석
ANSYS Discovery에서는 CFD 모델을 해석하기 위해 Explore와 Refine이라는 두 가지 모드를 사용할 수 있습니다. 탐색 모드에서는 초기 솔루션을 신속하게 얻고, 흐름 동작에 대한 일반적인 이해를 얻고, 잠재적인 문제나 개선이 필요한 영역을 식별할 수 있습니다.
CFD 모델을 실행하고 기본적인 후처리 작업을 수행하는 방법과 등고선 플롯, 벡터 애니메이션 및 유선을 생성하여 도메인의 흐름 패턴, 속도 분포 및 온도 구배를 시각화하는 방법을 보여줍니다. 이를 통해 흐름 동작에 대한 통찰력을 얻고 혼합, 재순환 또는 열 전달이 높은 영역을 식별할 수 있습니다.
3. 탐색 모드에서 메쉬 미세 조정
탐색 모드에서 초기 솔루션의 정확성을 향상시키기 위해 형상 이산화 및 CFD 방정식 해결에 사용되는 메시를 개선할 수 있습니다. 개선 수준은 원하는 정확도와 사용 가능한 계산 리소스에 따라 달라집니다.
이 모델에서는 전역 충실도(Global Fidelity) 및 크기 미리보기(Size Preview)와 같은 일부 메시 기능을 사용하여 도메인 전체의 메시 품질을 향상시킵니다. 우리는 메쉬 밀도와 요소 크기가 뜨거운 물과 차가운 물을 혼합하고 영역의 최대 속도와 온도를 결정하는 등 결과에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 이해하기 위해 메쉬 연구를 수행했습니다.
4. CFD 모델 개선: 미세 조정 모드
5. 파라메트릭 연구 및 설계 수정
ANSYS Discovery의 탐색 모드를 사용하면 CFD 모델에 대해 정보에 입각한 설계 결정을 내리는 데 도움이 되는 빠르고 직관적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 또한 탐색 모드를 사용하면 입력 매개변수를 변경하고 해당 영향을 검사하여 민감도 분석을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 설계를 최적화하고 유체 흐름 및 열 전달 동작에 영향을 미치는 주요 매개변수를 식별할 수 있습니다.
파라메트릭 연구를 사용하여 개선할 영역을 식별하고 설계를 변경하여 CFD 모델의 성능을 최적화할 수 있습니다. 파라메트릭 연구에서는 CFD 모델의 주요 매개변수로서 모델의 기하학적 특징뿐만 아니라 유속 및 온도와 같은 경계 조건을 조정합니다. 우리는 이러한 일련의 매개변수를 사용하여 테스트 사례를 구축하고 CFD 모델의 혼합 프로세스 개선을 확인합니다. ANSYS Fluent 및 CFX 내부에서는 형상 수정이 불가능하므로 변경하려면 SpaceClaim과 같은 별도의 CAD 모델러 도구가 필요하다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 그런 다음 모델을 ANSYS CFD 솔버로 반환하여 새 모델을 설정하고 해석할 수 있습니다. 하지만 ANSYS Discovery를 사용하면 프로그램 내에서 문제의 형상과 물리학에 대한 모든 변경 사항을 함께 적용할 수 있다는 점이 큰 장점입니다. 프로그램을 종료할 필요가 없으며 모든 것이 Discovery 내부에 통합되고 개발됩니다.
분석을 통해 통찰력을 얻으면 형상을 수정하거나 경계 조건을 조정하거나 시스템 구성 요소를 최적화하여 원하는 성능 목표를 달성할 수 있습니다. 이러한 반복적인 프로세스를 통해 우리는 설계를 미세 조정하고 최적의 결과를 얻을 수 있습니다.
6. 복합열전달 해석
마지막 섹션에서는 복합 열 전달 해석을 통해 유체 영역과 주변 고체의 열 전달을 살펴봅니다. 유체 영역에 이미 할당된 유체 및 열 조건 외에도 팔꿈치 벽에 대한 열 경계 조건을 포함합니다. 먼저 고체에 열 흐름 조건을 적용하고 Ansys Discovery에서 복합 열 전달을 수행하기 위한 설정을 설명한 다음 모델을 해석하고 탐색 모드에서 결과를 표시합니다. 그런 다음 Discovery 분석에 내장된 모니터를 활용하여 고체에 새로운 재료와 새로운 열 조건을 도입하는 경우의 영향을 연구하여 효과를 분석합니다. 우리는 벽 재료를 구리 합금으로 변경한 후 단열재를 추가하면서 이러한 수정이 결과에 어떤 영향을 미치는지 관찰했습니다. Ansys Discovery에서 복합 열 전달 분석에 대한 포괄적인 탐색을 제공하기 위해 Refine 모드에서 모델 설정 및 해석을 보여줌으로써 이 부분을 마무리합니다.
ANSYS Discovery의 강력한 기능을 활용하면 설계 프로세스를 변화시켜 효율적이고 신뢰할 수 있을 뿐만 아니라 진정으로 혁신적인 유체 및 열 제품을 만들 수 있는 잠재력을 발휘할 수 있습니다.
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