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일괄계산

받음각 변화에 대한 계산(RAE2822 에어포일)

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계산 파일 다운로드

개요

본 예제는 RAE2822 천음속 에어포일의 받음각 변화에 따른 유동해석을 일괄계산(batch run)으로 진행한다. 격자는 RAE2822 transonic airfoil 튜토리얼의 격자를 사용한다.

계산조건은 다음과 같다.

난류 : 비점성(Inviscid)
마하수 : 1.5
원방경계 압력 : 100000 Pa
원방경계 온도 : 288 K
받음각 : -20~20도, 2도 간격으로 계산

프로그램의 구동 및 격자

프로그램 실행 후 [새 작업(New Case)]를 선택한다. 시작 창에서 [솔버 유형(Solver Type)]은 [밀도기반(Density-based)]를 선택한다.

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

기본조건(General)

본 예제에서는 디폴트 조건을 사용한다.

모델(Models)

난류 모델에서 비점성(Inviscid)를 선택한다.

물질(Materials)

밀도는 완전기체(Perfect Gas), 점성계수는 Sutherland를 선택한다. 나머지는 디폴트 조건을 사용한다.

사용자 변수 선언

일괄계산을 위해 필요한 사용자 변수는 받음각, 속도, 항력방향, 양력방향 등이 있으며 다음과 같이 정의한다.

AOA : 받음각, 변수로 사용되지는 않지만 다른 변수를 계산할 때 사용된다.
UX, UY : x,y 방향 속도, 초기조건 설정에 사용된다.

[솔루션(Solution)]-[실행(Run)]으로 가서 변수를 선언한다.

[사용자 파라미터(User Parameters)]의 편집 버튼을 눌러 창이 열리면 [파라미터 값(Parameter Values)] 옆의 (+)를 눌러 아래 그림과 같이 하나씩 추가한다.

사용자 변수 선언

경계조건(Boundary Conditions)

경계조건은 다음과 같이 설정한다.

wing : 벽면(Wall)
- 속도 조건(Velocity Condition) : 정지(No slip)
- 온도 조건(Temperature Condition) : 단열(adiabatic)
farfield_in, farfield_out : 압축성 원방 리만(Far-Field Riemann)
- 유동 방향(Flow Direction)
  - 설정 방법(Specification Method) : AOA and AOS
  - AOA=0, AOS=0일 때의 방향 : 항력 방향(Drag Direction) (1 0 0), 양력 방향(Lift Direction) (0 1 0)
  - 받음각(AOA) : $AOA
  - 옆미끄럼각(AOS) : 0
- 마하수 : 1.5
- 게이지 압력(Static Pressure) : 100000
- 온도(Static Temperature) : 288

frontAndBackPlanes : 2차원 경계(Empty)

기준값(Reference Values)

면적, 길이 : 0.3048(에어포일의 길이)
밀도 : 1.21(원방 조건)
압력 : 100000(원방 조건)
속도 : 510.2611(원방 조건)

수치해석 기법(Numerical Conditions)

[Formulation]은 [Implicit], [Flux Type]은 [Roe-FDS]를 사용한다. [Entropy Fix Coefficient]는 0.5를 사용한다.

[이산화 기법(Discretization Schemes)]에서 [유동(Flow)]은 [2차 상류기법(Second Order Upwind)]를 사용한다.

모니터(Monitor)

[추가(Add)]-[힘(Forces)]를 선택하고 다음과 같이 설정한다.

유동 방향(Flow Direction)
- 설정 방법(Specification Method) : AOA and AOA
- AOA=0, AOS=0일 때의 방향 : 항력 방향(Drag Direction) (1 0 0), 양력 방향(Lift Direction) (0 1 0)
- 받음각 : 2.31
- 옆미끄럼각 : 0
회전 중심(Center of Rotation) : (0 0 0)
경계면(Boundaries) : wing

초기화(Initialization)

초기조건은 다음과 같이 설정한다.

속도 : ($UX, $UY, 0)
압력 : 100000
온도 : 288

계산

[계산 조건(Run Conditions)]은 다음과 같이 설정한다.

계산 회수(Number of Iterations) : 3000
Courant Number : 1000
자동 저장 간격(Save Interval) : 500

[일괄계산모드로 전환(Switch To Batch Running Mode)] 버튼을 누르면 아래 그림과 같이 [일괄계산 케이스(Batch Cases)] 설정 부분이 나타난다.

일괄계산 조건

각 변수의 조건을 설정한 파일을 [불러오기(import)] 버튼을 눌러 선택하면 조건들이 표시된다. 조건 설정 파일은 csv(comma separated values) 혹은 xlsx 파일 형식을 사용할 수 있다.

이 예제에서는 아래 그림과 같은 엑셀 파일이다.

엑셀파일 다운로드

[불러오기(Import)] 버튼을 누르고 위 파일을 선택하면 [일괄계산 케이스(Batch Cases)] 부분이 다음 그림과 같이 바뀐다.

마우스의 드래그를 이용해서 전체를 선택하고 오른쪽 마우스 버튼을 눌러 [계산목록(Schedule Calculation)]을 선택하면 [계산(Calc.)] 열에 체크 표시가 나타난다. 체크 표시가 된 것들만 계산된다.

[계산 시작(Start Calculation)]을 누르면 순차적으로 계산이 시작된다.

제일 왼쪽 열에 현재 계산중인 케이스에 화살표가 나타난다. 계산이 완료된 케이스는 [결과(Result)] 열에 초록색으로 표시되며, 계산 중 발산한 경우는 빨간색으로 표시된다.

후처리

계산이 끝난후 [일괄계산 케이스(Batch Cases)]에서 케이스를 선택하고 마우스 오른쪽 버튼으로 [불러오기(Load)]를 선택하면 해당 케이스의 결과가 활성화 되고 잔차(residual)과 모니터 그래프를 확인할 수 있다.

메뉴에서 [외부 프로그램(External tools)]-[ParaView] 버튼을 눌러 ParaView를 실행하고 압력을 선택하면 다음과 같은 분포를 확인할 수 있다.

받음각 -20도 경우의 압력 분포