Supersonic Nozzle
* 격자 파일 다운로드
1. 개요
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 None을 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