Fan 경계조건
개요
본 에제는 실내에 2개의 팬이 있을 때 공기의 흐름을 예측하는 문제이다. 팬 형상은 원으로 단순화하고 성능 곡선을 이용해 팬 경계조건을 사용한다.
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(Multi-phase 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.
격자는 baramMesh에서 만든 격자이다. 유동의 방향은 팬의 수직벡터(surface normal vector)의 방향에 의해 결정된다. 위 그림에 2개 팬의 수직벡터가 표시되어 있다. 형상 파일을 준비할 때 수직 벡터를 확인하고 원하는 방향으로 맞춰 주어야 한다.
기본조건(General)
정상상태 계산이기 때문에 모든 설정은 디폴트 조건을 사용한다.
모델(Models)
난류 모델은 디폴트 조건인 standard $k-\epsilon$ 모델을 사용한다.
물질(Materials)
공기의 디폴트 조건을 사용한다.
경계조건(Boundary Conditions)
fan1과 fan2에 FAN 조건을 사용한다. 두 개의 팬 성능곡선은 동일한 것을 사용한다.
팬 성능 곡선은 csv 파일이며 첫번째 열은 유량, 두번째 열은 압력이다.
FAN을 선택하면 아래 왼쪽과 같은 창이 나타나고, Coupled Boundary와 FAN Curve를 설정할 수 있다. Coupled Boundary에 ㄹfan1은 fan1_slave를 fan2는 fan2_slave를 선택한다. FAN Curve의 Show/Edit 버튼을 누르면 아래 오른쪽의 창이 나타난다. 다운로드한 성능 곡선 파일을 엑셀 등의 스프레드시트 프로그램에서 열고 두 개의 열을 복사해서 아래 오른쪽의 Q와 P에 붙여넣기 한다.
팬 성능 곡선을 입력하면 다음 그림과 같이 성능곡선의 그래프를 확인할 수 있다.
나머지는 모두 벽면(wall)을 사용한다.
수치해석 기법(Numerical Conditions)
[이산화 기법(Discretization Schemes)]의 난류(Turbulence)를 [Second Order Upwind]로 설정한다.
나머지는 디폴트 조건을 사용한다.
초기화(Initialization)
초기조건은 다음과 같이 설정한다.
- Velocity : (0 1 0)
- Pressure : 0
- Scale of Velocity : 1
- Turbulent Intensity : 1
- Turbulent Viscosity Ratio : 10
계산
메뉴의 [병렬연산(Parallel)]-[환경설정(Environment)]를 클릭하고 원하는 코어수를 입력한다.
[계산 조건(Run Conditions)]은 다음과 같이 설정하고 [계산시작(Start Calculation)] 버튼을 누르면 계산이 시작된다.
- 계산회수(Number of Iterations) : 3000
- 자동 저장 간격(Save Interval) : 100
계산이 시작되면 아래와 같이 잔차(residual) 그래프가 그려진다.
후처리
메뉴에서 [외부 프로그램(External tools)]-[ParaView] 버튼을 클릭하여 paraview를 실행한다.
병렬연산이면 [Case Type]을 [Decomposed Case]로 변경한다.
[Slice] 아이콘을 선택한다.
Pipeline Browser에서 [Z Normal]을 선택하고 z좌표에 1을 입력한다., [Coloring]을 [U]로 선택하고 [Representation]을 [Surface LIC]로 선택하면 다음과 같은 그림을 확인할 수 있다.
