축대칭 노즐
개요
- 본 예제는 축대칭 노즐 해석을 위한 격자 생성 예제이다.
- 미국 식품의약청이 주관한 비뉴턴유체 시뮬레이션 검증을 위한 벤치마크 테스트 프로그램인 FDA's Nozzle Challenge에서 사용된 다음 논문에 있는 형상이다.
Trias, Miquel, Antonio Arbona, Joan Massó, Borja Miñano, and Carles Bona. “FDA’s nozzle numerical simulation challenge: non-Newtonian fluid effects and blood damage.” PloS one 9, no. 3 (2014): e92638.
형상(Geometry)
형상은 주어진 fda-nozzle-scaled.stl 파일을 사용한다. 이 파일은 x-y 평면 상의 축대칭 면을 z 방향으로 extrude한 3차원 형상이다. BaramMesh에서는 축대칭 형상의 격자를 직접 만드는 것이 아니라 3차원 격자를 만들고 그 중 하나의 면을 회전시켜(extrude) 축대칭 격자로 내보내는 방식을 사용한다.
아래쪽의 [불러오기(import)] 버튼을 눌러 fda-nozzle-scaled.stl 파일을 선택한다.
[면 나누기(Split Surface)] 옵션을 선택하여 경계면을 구분한다. 옵션을 선택하고 OK 버튼을 누르면 아래 그림의 오른쪽과 같은 창이 나타난다. 8개의 경계면이 만들어지는 것을 확인할 수 있다. OK 버튼을 클릭하면 형상을 불러온다.
stl 파일을 읽으면 zone0_suface, zone0_surface1, ...과 같이 번호가 매겨진 8개의 면을 확인할 수 있다. 각 면을 구분하기 위해 이름을 바꾸어 준다. 마우스 오른쪽 버튼으로 면을 선택하고 [편집(Edit/View)] 버튼을 클릭하여 이름을 다음과 같이 변경한다. [유형(Type)]은 디폴트인 Boundary를 그대로 사용한다.
- zone0_surface : back
- zone0_surface1 : front
- zone0_surface2 : bottom
- zone0_surface3 : wall
- zone0_surface4 : wall1
- zone0_surface5 : out
- zone0_surface6 : in
- zone0_surface7 : wall2
작업이 끝나면 [다음단계(Next)] 버튼을 눌러 다음 단계로 넘어간다.
영역(Region)
위쪽의 (+) 아이콘을 눌러 영역을 만든다. 그래픽 창에 연두색으로 나타나는 선의 교차점을 마우스로 계산영역 내부에 위치시킨다. [추가(Add)] 버튼을 누르면 설정이 완료된다.
작업이 끝나면 [다음단계(Next)] 버튼을 눌러 다음 단계로 넘어간다.
배경격자(Base Grid)
격자수를 600, 50, 2로 설정한다. [생성(Generate)] 버튼을 누르면 배경 격자가 생성된다.
작업이 끝나면 [다음단계(Next)] 버튼을 눌러 다음 단계로 넘어간다.
격자세분화(Castellation)
아무런 설정 변경 없이 [분할(Refine)] 버튼을 누른다. 완료되면 아래 그림과 같이 격자를 확인할 수 있다.
작업이 끝나면 [다음단계(Next)] 버튼을 눌러 다음 단계로 넘어간다.
형상구현(Snap)
모든 설정은 디폴트를 사용하고 [형상구현(Snap)] 버튼을 누른다.
작업이 끝나면 [다음단계(Next)] 버튼을 눌러 다음 단계로 넘어간다.
경계층 격자(Boundary Layer)
[설정(Configuration)]의 (+) 아이콘을 눌러 [설정(Setting)]을 추가하고 다음과 같이 설정한다.
- 경계층 레이어 개수(Number of Layers) : 5
- 경계층 격자 높이 설정 방법(Thickness Model Specification) : 첫번째 레이어 높이와 증가율(First and Expansion)
- 높이 지정 방법(Size Specification) : 상대값(Relative)
- 첫번째 레이어 높이(First Layer Thickness) : 0.15
- 증가율(Expansion Ratio) : 1.2
- 최소 전체 높이(Min. Total Thickness) : 0.3
- 경계면(Boundary) : wall, wall1, wall2
[고급설정(Advanced Configuration)]은 디폹트 값을 사용한다.
[적용(Apply)] 버튼을 눌러 경계층 격자를 만든다.
최종적으로 생성된 격자는 다음과 같다.
작업이 끝나면 [다음단계(Next)] 버튼을 눌러 다음 단계로 넘어간다.
내보내기(Export)
축대칭 격자로 내보내기 위해 [2차원 격자 내보내기(2D Exports)]에 있는 [축대칭 격자(Axi-Symmetry)] 버튼을 클릭하면 다음과 같은 창이 열린다.
- 경로와 이름을 설정한다.
- 회전할 경계면(Source Boundary)에 back을 선택하고, [회전할 경계면에 대응하는 경계면(Exposed Boundary)]는 front를 선택한다.
- 각도(Angle)은 5를 입력한다.
- Axis Origin은 (0 0 0), Direction은 (-1 0 0)을 설정한다.
OK 버튼을 누르면 BaramFlow에서 읽을 수 있는 폴더가 생성된다.
내보낸 격자는 다음과 같다.
