Supersonic Nozzle

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1. 개요

격자 및 마하수분포

본 예제는 밀도기반 솔버를 사용하는 축대칭 초음속 노즐 유동해석 예제이다.

계산 조건은 다음과 같다.

  • solver : TSLAeroFoam
  • 난류모델 : kOmegaSST
  • 노즐 입구 전압력 : 4e+5 Pa
  • 노즐 입구 온도 : 3000 K
  • 원방경계 압력 : 1e+4 Pa
  • 원방경계 온도 : 300 K

2. 프로그램의 구동

프로그램 실행 후 launcher에서 ‘New’를 선택한다. Launcher에서 ‘Solver Type’은 Density-based를, ‘Multiphase Model’은 None, ‘Species’는 Not Include를 선택한다.


launcher 설정

3. 격자

격자는 주어진 polyMesh 폴더를 사용한다. 상단 메뉴에서 File - Load Mesh - OpenFOAM을 순서대로 클릭하고 polyMesh 폴더를 선택한다.


4. General

Operating Conditions에 0을 입력한다.

5. Models

난류 모델은 $SST k - \omega$ 모델을 선택한다.

6. Materials

Density는 Perfect Gas, Viscosity는 Sutherland를 선택한다. 나머지는 디폴트 조건을 사용한다.

7. Boundary Conditions

경계조건은 다음과 같이 설정한다.

  • inlet
    • Pressure Inlet
    • Total Pressure : 400000
    • Temperature : 3000
    • Turbulence : intensity and viscosity ratio(0.1 and 1)
  • inletAir
    • Pressure Inlet
    • Total Pressure : 10000
    • Temperature : 300 K
    • Turbulence : intensity and viscosity ratio(0.1 and 1)
  • outlet
    • Pressure Outlet
    • Total Pressure : 10000
  • nozzle
    • Wall - no slip, adiabatic
  • top
    • symmetry
  • bottomEmptyFaces, topEmptyFaces
    • Wedge


farfield Riemann 경계조건

8. Numerical Conditions

Formulation은 Implicit, Flux Type은 Roe-FDS를 사용한다. Entropy Fix Coefficient는 0.5를 사용한다.

나머지는 모두 디폴트를 사용한다.


수치해석 조건

9. Monitors

노즐 입구에서의 유량을 모니터링 한다. Add - Surface를 선택하고 다음과 같이 설정한다.

  • Report Type : Mas Flow Rate)
  • Surface : inlet)

10. Initialization

초기조건은 다음과 같이 설정한다.

  • Velocity : (0, 0, 0)
  • Pressure : 10000
  • Temperature : 300
  • Turbulence
    • Scale of Velocity : 100
    • Turbulent Intensity : 0.1
    • Turbulent Viscosity Ratio : 1

노즐 유동이 지나는 영역과 외부 영역의 유동 변수들의 차이가 크기 때문에 계산 초기에 솔버가 불안정하다. 이 문제를 해결하기 위해 노즐 유동 부분의 초기값을 별도로 설정한다.

Initialization-Advanced-Section-Create 를 클릭한 후 다음과 같이 설정한다.

  • region1 - Hex
    • Min. point : (-0.15, -0.1, -0.1)
    • Max. point : (0.12, 0.065 0.1)
    • Velocity를 선택하고 (100, 0, 0)을 입력
    • Pressure를 선택하고 400000를 입력


Section 설정 및 압력 초기조건

11. Run Conditions

‘Run Conditions’는 다음과 같이 설정한다.

  • Number of Iterations : 100000
  • Courant Number : 1000
  • Save Interval : 500

12. Run

Start Calculation을 누르면 계산이 시작된다.


Residual 그래프

13. 후처리

External tools의 paraview 버튼을 클릭하여 paraview를 실행하고 마하수를 선택하면 다음과 같은 분포를 확인할 수 있다.

>
압력 분포