ONERA M6 천음속 날개

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개요

본 예제는 밀도기반 솔버를 사용하는 정상상태 압축성 유동해석 예제이다. ONERA M6 wing의 검증 문제로 아래 사이트의 계산 조건을 사용한다.

https://www.grc.nasa.gov/WWW/wind/valid/m6wing/m6wing.html

날개의 span 방향 각 섹션의 압력계수

격자는 정렬격자로 만들어진 격자를 OpenFOAM으로 변환한 것을 사용한다.

계산 조건은 다음과 같다.

  • 솔버 : TSLAeroFoam
  • 난류모델 : SST k-$\omega$
  • 마하수 : 0.8395
  • 받음각 : 3.06 degree
  • 원방경계 압력 : 315979 Pa
  • 원방경계 온도 : 255.56 K
  • 난류 조건 : k=2.714, omega=131360

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 모델은

모델을 선택한다.

물질(Materials)

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

경계조건(Boundary Conditions)

경계조건은 다음과 같이 설정한다.

  • Wall-wing-1, Wall-wing-2 : 벽면(Wall)
    • 속도 조건(Velocity Condition) : 정지(No slip)
    • 온도 조건(Temperature Condition) : 단열(adiabatic)
  • sym-1, sym-2, sym-3, sym-4 : 대칭(symmetry)
  • inlet-1, inlet-2, outer-1, outer-2, outlet-1, outlet-2 : 압축성 원방 리만(Far-Field Riemann)
    • 유동 방향(Flow Direction) : 받음각 3.06에 해당하는 방향, (0.998574, 0.053382, 0)
    • 마하수 : 0.8395
    • 게이지 압력(Static Pressure) : 315980
    • 온도(Static Temperature) : 255.56
    • 난류(Turbulence) : k and omega(k = 2.714, omega = 131360)

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)]와 [난류(Turbulence)] 모두 [2차 상류기법(Second Order Upwind)]를 사용한다.

[수렴 판정 기준(Convergence Criteria)]에서 밀도의 값을 1e-5으로 설정한다

나머지는 모두 디폴트를 사용한다.

모니터(Monitor)

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

  • 양력 방향(Lift Direction) : (-0.053382, 0.998574, 0)
  • 항력 방향(Drag Direction) : (0.998574, 0.053382, 0)
  • 경계면(Boundaries) : wall-wing-1, wall-wing-2

초기화(Initialization)

초기조건은 다음과 같이 설정한다.

  • 속도 : (268.647, 14.361, 0)
  • 압력 : 315980
  • 온도 : 255.56
  • 난류
    • 속도 크기 : 269.031
    • 난류 강도 : 0.1
    • 난류 점도 비율 : 1

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.

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

계산이 시작되면 아래와 같이 잔차(residual) 그래프가 그려진다.

Residual 그래프

후처리

메뉴에서 [외부 프로그램(External tools)]-[ParaView] 버튼을 눌러 ParaView를 실행한다.

압력을 선택하면 다음과 같은 분포를 확인할 수 있다.