팬(MRF)

격자 파일 다운로드
계산 파일 다운로드

개요

본 예제는 정상상태 비압축성 유동해석 예제이다. 단순한 형상의 팬 내부에서 입펠러가 회전할 때 다중기준좌표계(Multiple Reference Frame, MRF)를 사용하여 유동을 예측하는 문제이다.

계산 조건은 다음과 같다.

  • 솔버 : buoyantSimpleNFoam
  • 난류 모델 :

model 밀도 : 1.225 점성 계수 : 1.79e-5 임펠러 회전 수 : 1,000 RPM 입구 유동 속도 : 10

프로그램의 구동 및 격자

프로그램 실행 후 [새 작업(New Case)]를 선택한다. 시작 창에서 [솔버 유형(Solver Type)]은 [압력기반(Pressure-based)]를, [다상유동 모델(Multiphase Model)]은 [None]을 선택한다.

격자는 주어진 polyMesh 폴더를 활용한다. 상단 탭에서 [파일(File)]-[격자 불러오기(Load Mesh)]-[OpenFOAM]을 순서대로 클릭하고 polyMesh 폴더를 선택한다.

기본조건(General)

모두 디폴트 조건을 사용한다.

모델(Models)

모두 디폴트 조건을 사용한다.

물질(Materials)

본 예제에서 작동 유체는 공기이다. 유체의 물성치는 디폴트 조건을 사용한다.

셀존 조건(Cell zone Conditions)

셀존 조건에서는 [다중기준좌표계], [미끄럼 격자], [생성항] 등을 설정할 수 있다. 본 예제에서는 rotating이라는 셀존에 다중기준좌표계(MRF) 조건을 사용한다.

[다중기준좌표계(Multiple Reference Frame, MRF)]를 선택하고 아래 값들을 입력한다.

  • 회전속도(Rotating Speed) : 1000 (RPM)
  • 회전축 중심(Rotation-Axis Origin) : (0 0 0)
  • 회전축 방향(Rotation-Axis Direction) : (0 0 1)
  • 셀존 안의 움직이지 않는 경계면(Static Boundary) : casing

경계조건(Boundary Conditions)

아래와 같이 경계면 타입과 경계값을 설정한다.

  • blade, casing
    • 속도 조건(Velocity Condition) : No Slip
  • inlet : Velocity Inlet
    • Velocity Specification Method : Magnitudde, Normal to Boundary
    • Profile Type : Constant
    • Velocity Magnitude : 10 (m/s)
    • Turbulent Intensity : 1 (%)
    • Turbulent Viscosity Ratio : 10
  • outlet : Pressure Outlet
    • Total Pressure : 0 (Pa)

수치해석 기법(Numerical Conditions)

본 예제에서는 아래와 같이 설정을 변경한다.

  • Pressure-Velocity Coupling Scheme : SIMPLE
  • Discretization Scheme
    • Pressure : Linear
    • Momentum : Second Order Upwind
    • Turbulence : Second Order Upwind
  • Under-Relaxation Factors
    • Pressure : 0.3
    • Momentum : 0.5
    • Turbulence : 0.7
  • Convergence Criteria
    • Pressure : 0.001
    • Momentum : 0.001
    • Turbulence : 0.001

초기화(Initialization)

모두 디폴트 값을 사용한다.

하단의 Initialize 버튼을 클릭한다. 그 후, File – Save 버튼을 클릭하여 case 파일을 저장한다.

계산

메뉴의 [병렬연산(Parallel)]-[환경설정(Environment)]를 클릭하고 원하는 코어수를 입력한다.

[계산 조건(Run Conditions)]에서 다음과 같이 설정 후 계산을 진행한다.

  • 계산 회수(Number of Iterations) : 1000
  • 자동 저장 간격(Save Interval) : 100

아래 그림은 계산이 종료된 상태의 Residuals 그래프이다.

|{:target=”_blank”}|

후처리

Fan 내부의 압력 분포를 확인해본다. External tools의 paraivew 버튼을 클릭하여 paraview를 실행한다.

Case Type을 Decomposed Case로 변경한다.

Slice 기능을 활용하여 용기 내부의 단면을 자른다.

Z-normal 버튼을 클릭 후, Origin의 z 값에 0.01을 입력한다.

아래 그림과 같이 fan 내부 속도 분포가 나오게 된다.