Fan

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1. 개요

격자 및 속도분포

본 예제는 정상상태 비압축성 유동해석 예제이다. 단순한 형상의 팬 내부에서 입펠러가 회전할 때 MRF(Multiple Reference Frame)를 사용하여 유동을 예측하는 문제이다.

격자는 Ansys Fluent의 .msh 형식의 파일을 변환하여 사용한다.

계산 조건은 다음과 같다.

  • solver : buoyantSimpleNFoam
  • 난류 모델 : $Standard$ $k-\epsilon$ model
  • 밀도 : 1.225 $kg/m^3$
  • 점성 계수 : 1.79e-5 $kg/ms$
  • 임펠러 회전 수 : 1,000 RPM
  • 입구 유동 속도 : 10 $m/s$

2. 프로그램의 구동

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


3. 격자

격자는 주어진 Ansys의 .msh 파일을 활용한다. 상단 탭에서 File - Load Mesh - Fluent (ASCII)를 클릭하고 fan.msh 파일을 선택한다.

4. General

모두 디폴트 조건을 사용한다.

5. Models

모두 디폴트 조건을 사용한다.


6. Materials

본 예제에서 작동 유체는 공기이다. 유체의 물성치는 디폴트 조건을 사용한다.

7. Cell Zone Conditions

Cell Zone Conditions에서는 MRF, Sliding Mesh, Source 등을 설정할 수 있다. 본 예제에서는 ‘rotating’ Cell Zone에 Multiple Reference Frame, MRF 조건을 사용한다.

Multiple Reference Frame, MRF를 선택하고 아래 값들을 입력한다.

  • Multiple Reference Frame, MRF
    • Rotating Speed : 1000(RPM)
    • Rotation-Axis Origin : (0 0 0)
    • Rotation-Axis Direction : (0 0 1)


8. Boundary Conditions

아래와 같이 경계면 타입과 경계값을 설정한다.

  • blade, casing
    • Velocity Condition : No Slip


  • inlet : Velocity Inlet
    • Velocity Specification Method : Magnitudde, Normal to Boundary
    • Profile Type : Constant
    • Velocity Magnitude : 10 (m/s)
    • Turbulent Intensity : 1 (%)
    • Turbulent Viscosity Ratio : 10


  • outlet : Pressure Outlet
    • Total Pressure : 0 (Pa)


9. Numerical Conditions

본 예제에서는 아래와 같이 설정을 변경한다.

  • Pressure-Velocity Coupling Scheme : SIMPLEC

  • Discretization Scheme
    • Pressure : Linear
    • Momentum : Second Order Upwind
    • Turbulence : First Order Upwind
  • Under-Relaxation Factors
    • Pressure : 0.9
    • Momentum : 0.9
    • Turbulence : 0.9
  • Convergence Criteria
    • Pressure : 0
    • Momentum : 0.001
    • Turbulence : 0.001 +


10. Initialization

모두 디폴트 값을 사용한다.

하단의 Initialize 버튼을 클릭한다. 그 후, File - Save 버튼을 클릭하여 case 파일을 저장한다.


11. Run

Run Conditions에서 다음과 같이 설정 후 계산을 진행한다.

  • Number of Iterations : 5000
  • Save Interval : 100
  • Retain Only the Most Recent Files, 1
  • Data Write Format : Binary
  • 메뉴의 Parallel - Environment를 선택하고 Number of Cores는 8, Parallel Type은 Local Machine을 선택


아래 그림은 계산이 종료된 상태의 Residuals 그래프이다.

residual

12. 후처리

Fan 내부의 압력 분포를 확인해본다. External tools의 paraivew 버튼을 클릭하여 paraview를 실행한다.

Case Type을 Decomposed Case로 변경한다.


Slice 기능을 활용하여 용기 내부의 단면을 자른다.

Z-normal 버튼을 클릭 후, Origin의 z 값에 0.01을 입력한다.


아래 그림과 같이 fan 내부 속도 분포가 나오게 된다.