시간에 따른 경계조건 변화

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개요

본 예제는 시간에 따라 입구의 속도와 온도가 변하는 경계조건을 설정하는 예제이다.

OpenFOAM 튜토리얼에 있는 pitzDaily 격자를 사용한다.

계산 조건은 다음과 같다.

  • 솔버 : buoyantPimpleNFoam
  • 난류 모델 :

밀도 : Perfect Gas (Ideal Gas) 점성 계수 : 1.79e-5

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)

시간(Time)을 비정상상태(Transient)로 변경한다. 나머지는 디폴트 조건을 사용한다.

모델(Models)

난류 모델은

모델을 사용하고 에너지(Energy)는 포함(Include)로 바꿔준다.

물질(Materials)

본 예제에서는 공기를 작동 유체로 사용한다. 유체의 이름과 물성치를 아래와 같이 변경한다.

  • 밀도(Density) : 완전기체(Perfect Gas) (m/s)
  • 정압비열(Specific Heat, Cp) : 1004

(m/s) 점성계수(Viscosity) : 1.79e-05 열전도도(Thermal Conductivity) : 0.0245

경계조건(Boundary Conditions)

아래와 같이 경계면 타입과 경계값을 설정한다.

  • inlet : 입구 속도(Velocity Inlet)
    • 속도분포(Velocity Profile Type) : 시간에 따른 변화(Temporal Distribution)
      • 조각별 선형함수(piecewise linear) : (0, 1) (0.1 2) (0.2 1.5)
    • 난류 강도(Turbulent Intensity) : 1 (%)
    • 난류 점도 비율(Turbulent Viscosity Ratio) : 10
    • 온도분포(Temperature Profile Type) : 시간에 따른 변화(Temporal Distribution)
      • 조각별 선형함수(piecewise linear) : (0, 300) (0.1 400) (0.2 350)
  • outlet : 출구 압력(Pressure Outlet)
    • 압력(Pressure) : 0 (Pa)
  • upperWall, lowerWall : 벽면(Wall)
    • 속도조건(Velocity Condition) : 정지(No Slip)
    • 온도조건(Temperature Condition) : 단열(Adiabatic)
  • frontAndBack : 2차원 경계(empty)

수치해석 기법(Numerical Conditions)

본 예제에서는 디폴트 조건을 사용한다.

모니터(Monitor)

모니터를 클릭하면 세부설정상자가 나온다. 입구에서 유량과 온도 변화를 모니터링 한다.

하단의 [추가(Add)]-[면(Surfaces)]를 누르면 창이 열린다. 아래 그림과 같이 설정을 변경한다.

  • 면 모니터 1(Surface Monitor 1)
    • 함수(Report Type) : 질량유량(Mass Flow Rate)
    • 면(Surface) : inlet
  • 면 모니터 1(Surface Monitor 2)
    • 함수(Report Type) : 면적가중평균(Area-Weighted Average)
    • 유동변수(Field Variable) : 온도(Temperature)
    • 면(Surface) : inlet

초기화(Initialization)

다음과 같이 초기값을 설정한다.

  • 속도(Velocity)
    • X-속도 : 0 (m/s)
    • Y-속도 : 0 (m/s)
    • Z-속도 : 0 (m/s)
  • 압력(Pressure)
    • 0 (Pa)
  • 온도(Temperature) : 300 (K)
  • 난류(Turbulence)
    • 속도 크기 : 1 (m/s)
    • 난류 강도 : 1 (%)
    • 난류 점도 비율 : 10

값을 입력하고 하단의 [초기화(Initialize)] 버튼을 클릭한다. 그 후, 메뉴의 [파일(File)]-[저장(Save)] 버튼을 클릭하여 저장한다.

계산

[계산 조건(Run Conditions)]은 다음과 같이 설정하고 [계산시작(Start Calculation)] 버튼을 누르면 계산이 시작된다.

  • 시간 전진 간격(Time Step Size) : 0.001
  • 종료 시간(End Time) : 1
  • 자동 저장 간격(Save Interval) : 0.1


그림 11.9

계산이 시작되면 아래와 같이 잔차(residual)과 모니터링 그래프가 그려진다.

후처리

시간에 따른 온도 및 속도의 분포를 확인한다.

메뉴에서 [외부 프로그램(External tools)]-[ParaView] 버튼을 클릭해서 paraview를 실행한다.

상단의 [Solid Color]를 [T]로 변경한다.

[Set Range]를 눌러 온도 범위를 340 – 350K으로 조정한다.

그리고 상단의 [Play] 아이콘을 눌러 시간에 따른 온도 변화를 확인한다.

아래 그림은 최종 순간에서 온도분포를 나타내는 그림이다.