1.Abstract
슬라이딩 메쉬 기법은 회전체의 해석을 정밀하게 해석하기 위해 사용합니다. 슬라이딩 메쉬 기법을 사용하면 펌프나 송풍기(펌프)의 성능 평가 시 이동참조프레임기법에 비해 좀 더 정확하게 분석할 수 있습니다. 사용 방법은 회전하는 부분과 회전하지 않는 요소망을 분리하여 생성시키고, 벽면 이동조건에서 회전 벽면을 요소망변형으로 정의하여 사용할 수 있습니다.
2. Technology 배경
2-1 회전체 해석
그림 1 과 같이 펌프는 임펠러 회전에 의해 유체에 힘을 전달합니다. 하지만 임펠러 이외의 부품은 정지해 있는 상태입니다.특별한 방법을 적용하지 않고 이 상태를 해석하려고 하면 요소망이 뒤틀리거나 겹치게 됩니다. 유동해석에서는 이를 해결하기 위해 여러가지 방법들이 개발되었습니다. 가장 많이 사용되는 방법은 슬라이딩 메쉬 기법과 이동참조 프레임 기법입니다.
[그림 1] 회전 유체기계 해석조건
2-2 슬라이딩 메쉬(Sliding Mesh) 기법
슬라이딩 기법은 회전하는 임펠러 주변의 요소망을 분리하여 시간에 따라 요소망을 실제로 회전 시키는 기법입니다. 이 때 물리량의 전달은 접촉 조건을 통해 전달됩니다. 슬라이딩 기법을 사용하면 외부의 영향을 반영할 수 있지만, 과도 해석을 진행해야 하기 때문에 해석 시간이 오래 걸리고 효율이나 토크 등의 평균값을 얻기 위해 추가적인 처리가 필요합니다.
2-3 이동참조 프레임(Moving Reference Frame) 기법
이동참조 프레임 기법은 그림 2 와 같이 임펠러를 회전시키는 대신에 회전 구간의 유체에 반대 방향 속도 성분을 부여합니다.상대속도 측면에서 본다면 동일한 조건이 됩니다. 자동차 풍동 실험과 같은 원리라고 생각하면 됩니다. 자동차 풍동 실험에서도 자동차의 저항계수를 구하기 위해 자동차는 정지해 있는 상태에서 정면에 자동차 주행시의 바람을 불어줍니다.
물론 정확한 해석을 위해서는원심력이나 코리올리 가속도 1 에 대한 부분을 추가적으로 방정식에 적용해 주어야 하며 midas NFX CFD 는 이를 반영하고 있습니다. 이동참조 프레임 기법은 정상상태의성능을 효율적으로 구하기 위해 사용합니다
[그림 2] 이동참조 프레임의 원리
3. Technology 이론 소개
3-1 보간 기법
보간 기법(interpolation method)은 요소망 간의 절점 연속성을 부여하기 어렵거나 불가능한 경우, 서로 절점을 공유하지 않은 유체 또는 고체 영역(zone) 사이의 연속적인 유동을 시뮬레이션 하기 위해 사용됩니다. 또는 두 영역의 상대적인 운동을 모사하기 위하여 요소망 변형(mesh deformation) 또는 요소망의 회전 거동이 필요한 경우 역시 요소망간의 보간 기법을 이용하여 유동의 연속성을 확보할 수 있습니다.
이와 같이, 서로 절점을 공유하지 않는 두 개의 요소망(mesh)을 비등각(nonconformal)요소망이라 하며, 비등각 요소망간에 보간 기법을 정의함으로써 미지수의 연속성을 만족 시키고 유속(flux)의 전달 현상을 모델링 할 수 있습니다.midas NFX CFD 에서는 요소망간에 정보를 공유할 수 있는 보간 기법을 사용하기위해 접촉(contact) 조건을 정의하여 해석을 수행할 수 있습니다.
4. Technology 이론 소개
예제는 펌프 모델이며 형상은 다음과 같습니다.
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