본 해석에서 다루는 모델은 가솔린을 수송할 때 쓰이는 연료탱크입니다 . 탱크 내부에는 가솔린의 출렁임을 억제하기 위한 배플이 설치되어 있습니다 . 탱크 내부는 가솔린으로 가득 찬 상태가 아니기 때문에 액체와 기체를 분리하는 자유수면을 가집니다 .
이 자유수면이 유동에 미치는 영향을 해석에 반영하기 위해서는 자유수면 모듈을 활용해야 합니다 . 본 테크노트에서는 자유수면 기능과 탱크 내 유동해석을 하는 방법에 대해 상세하게 다룰 것입니다
자유수면 기능은 자유수면을 계산하는 모듈입니다 레벨세트 알고리듬은 ODDLS (overlapping domain decomposition level set) 기능을 이용하는 것으로 자유수면의 변동이 크고 복잡할 때 유리합니다 .
본 테크노트에서는 탱크의 흔들림에 따른 수면의 변화를 분석할 것이기 때문에 레벨세트 기능을 이용하여 해석을 진행하였습니다.
그림1 자유수면 해석사례
일반적으로 자유수면은 기체와 액체의 경계면을 해석하게 됩니다 . 이런 경우 기체와 액체의 밀도 , 점도가 1000 배 정도 차이가 나기 때문에 기체의 영향을 무시할 수 있을 정도입니다 . 이러한 경우 단상유동 (monophase) 레벨세트 기법으로 해석할 수 있으며 , 자유수면의 정확성을 유지하면서 해석시간을 단축할 수 있는 장점이 있습니다.
레벨세트 알고리즘 은 유체 간 인터페이스에서 물성치의 불연속성으로 인한 해석 결과의 오차를 최소화하기 위해 ODDLS 기법을 적용합니다 . ODDLS 기법의 기본적인 개념은 인터페이스를 공유하는 해석 영역을 각각 인터페이스를 포함하는 해석 영역으로 분해하여 해석하는 것입니다.
그림2 ODDLS 개념도
예제는 다음 그림과 같이 베플이 설치된 휘발유 탱크입니다
탱크 안의 휘발유는 y 축 방향으로 흔들리는데 진동수는 4Hz 입니다 휘발유가 받는 가속도는 다음의 함수를 따릅니다. 10* sin(8*𝛑*t). 본 예제는 정기 교육을 이수하신 분을 기준으로 작성되었습니다.
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