유동해석(CFD)를 위한 기초 강의 및 활용 사례

목차

Part 1. 유동해석 기본 개념

Part 2. 문제설정 및 경계조건의 올바른 지정방법

Part 3. 해석결과의 분석 및 활용

Part 4. 유동해석 활용사례 소개

Part 1. 유동해석 기본 개념 미리보기

구조해석은 이동(변형)하는 물체에 초점을 맞춰 Lagrangian 방식을 따르지만 유동해석은 검사체적(Control Volume)을 설정하여 지나가는 유체를 관찰하기 위해 Eulerian 방식을 따릅니다.

유동해석에서는 3개의 방정식을 만족하는 해를 찾기 위한 계산을 수행합니다.

1. 연속방정식

2. 베르누이 방정식

3. 나비에-스톡스 방정식

연속방정식은 유체 운동에 있어서 생성과 소멸이 없을 때 유량이 보존됨을 의미하고, 베르누이 방정식은 흐르는 유체에 대하여 유선상에서 모든 형태의 에너지의 합은 일정함을 나타냅니다. 나비에-스톡스(Navier-stokes) 방정식은 점성을 가진 유체의 운동을 기술하는 편미분 방정식입니다.

위 3개 방정식을 적용하기 위해 해석 공간(검사체적)을 미소체적으로 분리하여 각각의 체적에 대해 나비에-스톡스 방정식을 적용합니다.

전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)는 실제 현상을 위 3개의 물리 방정식에 적용하기 위해 공간을 이산화하고 연립 방정식을 계산하여 컴퓨터 그래픽으로 물리 현상의 결과를 보여줍니다.

전산유체역학의 대표적인 해석 종류의 활용 사례에 대해 알아보면 아래와 같습니다.

일반유동 해석은 파이프를 따라 흐르는 유체의 유량 분배를 알기 위해, 특정 공간 내의 기류의 흐름을 알아내기 위해, 파이프 내부의 압력 손실, 달리는 자동차의 표면 압력을 알고 싶은 상황에서 적용할 수 있습니다.

열유동해석은 발열이 있는 제품의 방열 성능을 알고 싶거나 열교환기나 가열 장치와 같은 가열 및 냉각 성능을 알고 싶을 때 적용, 활용할 수 있습니다.

유동해은 이외에도 다양한 분야에서 활용되며 일반기계, 항공, 자동차, 선박 등 다양한 엔지니어링 분야에서 유체의 흐름으로 인한 현상을 예측하고 예상하여 제품 생산 이전에 문제를 예측하거나 사고 후 문제의 원인을 찾기 위해 활용됩니다.

자세한 이론 설명 및 활용 사례, 해석 결과를 실무에 활용하는 방법과 전산유체역학을 활용하기 위한 주의 사항 등에 대해서는 위 세미나 영상을 시청해보시길 바랍니다.

Part 2. 문제설정 및 경계조건의 올바른 지정방법 미리보기

층류

- 유체입자들이 부드럽고 정렬된 형태로 움직임

- 유선간 물질 혼합이 일어나지 않음

난류

- 유체 입자들이 불규칙하고 헝크러진 형태로 움직임

- 유선간 물질 혼합이 활발히 일어남

Part 2에서는 유동해석(CFD)을 수행해야 하는 해석 엔지니어가 반드시 알아야 하는 유체역학에 대한 기본적인 이론에 대해서 소개합니다. 해석의 목적은 무엇인가, 정상상태와 과도상태란 무엇인가, 자연대류와 강제대류는 무엇인가 등에 대해서 소개합니다.

Part 3. 해석 결과의 분석 및 활용 미리보기

유동해석(CFD)을 통해 관심 영역의 유체에 대한 압력, 속도, 온도 등의 물리 정보를 벡터, 유선, 등위면 등의 형식으로 시각화할 수 있습니다. Part 3에서는 이런 정보를 설계에 어떻게 활용할 수 있는지, 해석 조건 설정 시 주의해야 할 점은 무엇인지 설계 실무에 적용된 활용 사례를 통해 확인할 수 있습니다.

Part 4. 유동해석 활용사례 소개

Part 4에서는 midas NFX CFD를 통해 설계 실무에 적용된 활용 사례에 대해 소개합니다. 유동해석(CFD)이 적용된 다양한 사례를 통해 유동해석의 실무 적용 가능성에 대해 확인할 수 있습니다.