오늘 다뤄볼 주제는 파티클 해석을 통한 '포집 효율'에 대한 것입니다.
오일캐치캔은 차량 엔진에서 나오는 블로우바이가스에 대해 불순물을 제거하는 역할을 합니다. 중간 필터층이나 벽면 등에서 가스 흐름에서 이탈하는 상대적으로 무거운 불순물을 포집하고 제거하는 원리로 이루어집니다.
파티클 입자는 유체의 흐름에 편승하여 움직이지만, 입자에서 발생하는 항력과 양력의 크기에 따라 이탈하기도 합니다. 입자의 크기에 따라 이탈률이 많아질 수 있으며, 포집을 목적으로 할 때의 효율이 결정되기도 합니다.
파티클 해석은 입자의 움직임을 추적하고 분석하는 기법으로, 먼지, 분진, 오일, 수증기, 마모된 구조체 등 다양한 미소 입자의 거동을 다룹니다. 이러한 입자들은 주변의 기류나 유체 흐름에 따라 이동하며, 이를 통해 입자의 분포와 거동을 예측할 수 있습니다.
실생활에서는 미세먼지와 초미세먼지, 구조물의 마모와 파손으로 인해 발생하는 입자, 그리고 미세 분사되는 수증기 등 눈에 보이지 않는 다양한 미소 입자들의 움직임을 이해하는 데 활용합니다. 벽면에서의 반사되는 형태, 포집, 투과 등 다양한 조건을 고려하여 실제와 유사한 움직임을 모사하고, 잔류, 제거 되는 등의 상태까지 분석하는 것을 목적으로 합니다.
파티클 해석은 플랜트 설비, 클린룸, 반도체 장비, 그리고 브레이크 마모에 의한 먼지 등 산업 현장에서 발생하는 분진 문제를 분석하고 개선하는 데 중요한 역할을 합니다. 이를 통해 입자 크기와 환경에 따라 설비에 미치는 영향을 파악하여 적절한 대응책을 마련할 수 있습니다.
파티클 해석을 수행하기 위해서는 기본 유동장 해석이 선행되어야 하며, 입자와 유체 간의 상호작용 정도에 따라 1-Way 또는 2-Way 해석 방식을 선택할 수 있습니다. 일반적으로 미소 입자가 유동장에 미치는 영향은 크지 않으므로, 1-Way 해석 방식을 주로 사용합니다. 해석 과정에서는 완성된 유체 흐름을 기반으로 입자의 초기 조건을 설정하여 계산을 수행합니다.
가벼운 입자는 유동을 따라가는 경향이 크고, 무거운 입자는 관성력의 영향을 받아 유동에서 이탈하는 특성을 보입니다. 또한, 입자의 거동을 더욱 정밀하게 분석하기 위해 포집 조건, 반사 조건 등을 적용하여 특정 위치에서의 입자 흐름을 추적할 수 있습니다. 이를 통해 공기 중 먼지 확산, 오일 미스트의 이동, 필터를 통한 포집 효과 등 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있으며, 실제 제품 설계나 환경 제어 등에도 응용될 수 있습니다.
이번 예제에서는 오일캐치캔 내부에 발생하는 파티클 입자의 크기 변경에 따라 포집 비율을 확인하는 것을 목적으로 합니다. 파티클 입자 크기에 따라 유체 흐름이 어떻게 작용하는지, 벽면 포집 효율이 어떻게 변하는지에 대해 이해하는 것이 필요합니다.
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