4.6 유동 해석: 부품-날개
1. 형상
이 화면은 날개 유동 해석을 위한 날개 생성 단계를 보여줍니다. 검색 가능한 에어포일 목록에서 에어포일을 선택하고 미리보기를 확인한 뒤 날개 생성 설정을 입력합니다. 하단 탐색 바에는 CFD 워크플로가 Create Wing, Create Fluid, Settings, Run 순서로 진행됨이 표시됩니다.
첫 단계에서 유동 해석에 사용할 날개 형상을 생성합니다.
1.1. 파라메트릭 설계
파라메트릭 날개 생성 인터페이스에서 에어포일을 선택하고 기본 형상 설정을 정의하여 날개를 생성할 수 있습니다.
주요 설정 항목은 다음과 같습니다.
- Airfoil Search: 날개 단면에 사용할 에어포일 형상을 검색하고 선택합니다.
- Chord Length [mm]: 날개 단면의 시위 길이를 정의합니다.
- Resolution: 에어포일 곡선을 생성하는 데 사용할 점의 개수를 조절합니다.
- Use Spline: 스플라인 보간을 적용하여 에어포일 곡선을 더 부드럽게 생성합니다.
에어포일을 선택하고 형상 설정을 입력한 뒤 Create를 클릭하여 날개 모델을 생성합니다.
2. 모델: 유동 영역
이 그림은 유동 영역 생성 패널을 보여줍니다. 날개는 날개 주변의 공기 체적을 나타내는 투명한 직육면체 유동 영역 안에 배치됩니다. 패널에서 해석 축을 설정하고 영역의 중심점을 정의하며 X, Y, Z 방향 크기를 지정할 수 있습니다.
Create Fluid 단계에서 날개 주변의 유동 영역을 정의합니다. 이 영역은 공력 해석에 사용되는 공기 체적을 나타냅니다.
2.1. 축 설정
유동 영역을 정의하는 데 사용할 축 방향을 선택합니다. 선택한 축은 날개 주변에서 의도한 해석 방향과 일치해야 합니다.
2.2. 중심점
유동 영역의 중심 위치를 설정합니다.
- X: X 방향 중심 위치
- Y: Y 방향 중심 위치
- Z: Z 방향 중심 위치
2.3. 크기
유동 영역의 크기를 설정합니다.
- X: X 방향 유동 영역 길이
- Y: Y 방향 유동 영역 길이
- Z: Z 방향 유동 영역 길이
중심점과 크기를 입력한 뒤 Create를 클릭하여 유동 영역을 생성합니다. 날개가 유동 영역 안에 완전히 포함되는지 확인합니다.
3. 물리 조건: 유동 조건
이 화면은 날개와 유동 영역을 생성한 후의 시뮬레이션 설정 패널을 보여줍니다. 패널에는 풍속과 풍향 같은 바람 정보 및 격자 관련 설정이 포함됩니다. CFD 계산을 시작하기 전에 시뮬레이션 정확도를 조절하고 격자를 생성할 수 있습니다.
Simulation Settings 단계에서 해석 실행 전에 바람 정보와 격자 품질을 설정합니다.
3.1. 바람 정보
- Wind Speed [m/s]: 유동 영역에 적용할 유입 속도를 정의합니다.
- Wind Direction: 선택한 축 설정에 따른 유입 유동 방향을 표시합니다.
3.2. 시뮬레이션 정확도
Simulation Accuracy 슬라이더는 격자 밀도와 개선 수준을 조절합니다. 정확도가 높을수록 더 세밀한 격자가 생성되지만 계산 시간이 증가할 수 있습니다.
3.3. 격자 옵션
- Enhance mesh: 선택한 형상에 생성되는 격자의 품질을 개선합니다.
- High-Fidelity Meshing: 사용 가능한 경우 더 상세한 격자 생성 옵션을 활성화합니다.
- Enable Advanced Options: 세부 제어를 위한 추가 격자 설정을 엽니다.
설정을 완료한 뒤 Generate Mesh를 클릭하여 유동 영역의 격자를 생성합니다.
4. 해석
이 그림은 격자를 생성한 후의 실행 단계를 보여줍니다. 3D 뷰어에는 날개 주변 유동 영역의 격자가 표시되고, Run Simulation 패널에서 시뮬레이션 가속 수준을 선택할 수 있습니다. 워크플로의 완료 체크 표시는 모델이 공력 해석 작업을 제출할 준비가 되었음을 나타냅니다.
Run Simulation 단계에서 시뮬레이션 가속 수준을 선택하고 공력 해석을 시작합니다.
- Simulation Acceleration: 인터페이스에 표시된 해석 실행 속도 옵션을 조절합니다.
- Run Simulation: 격자가 성공적으로 생성된 후 시뮬레이션 작업을 시작합니다.
시뮬레이션 실행 전에 Create Wing, Create Fluid, Settings 단계가 완료되었는지 확인합니다.
5. 잔차
이 화면은 CFD 시뮬레이션 중 생성되는 잔차 그래프를 보여줍니다. 각 곡선은 반복 계산 이력에 따른 시뮬레이션 변수의 수치 잔차를 나타냅니다. 곡선이 감소하고 안정되는지 관찰하여 유동 해가 적절히 수렴하는지 평가할 수 있습니다.
시뮬레이션이 시작되면 Residuals 창에서 진행 상황을 확인할 수 있습니다. 잔차 곡선은 계산 중 수치 해가 안정되는지 확인하는 데 사용됩니다.
잔차 그래프를 사용하여 다음을 확인합니다.
- 각 해 변수의 진행 상황 추적
- 시뮬레이션 수렴 여부 확인
- 실행 중 불안정하거나 진동하는 거동 식별
시뮬레이션이 완료되면 해석에서 생성된 공력 결과를 검토합니다.
6. 결과
Results 단계에서는 속도, 압력, 난류 물리량, 고급 와도, 와도 및 벽 전단응력을 포함한 체적장과 물체 표면장을 제공합니다. 결과 트리에서 원하는 필드를 선택한 뒤 범례와 뷰어 도구를 사용하여 값의 범위를 해석합니다.
Streamline을 활성화하면 선택한 방향을 따라 유선을 생성할 수 있습니다. 시드 위치, 개수, 튜브 반경 및 최대 길이를 조절하여 날개를 가리지 않으면서 유동 방향과 후류 거동을 확인합니다. 양력 또는 유동 박리에 관한 결론을 내리기 전에 표면 압력과 주변 속도장을 함께 비교합니다.
7. 리포트
리포트는 양력 및 항력 계수, 자유류 속도, Mach 수, Reynolds 수, 기준 치수, 유체 특성, 힘과 모멘트 이력을 요약합니다. 유동 인사이트에는 계산된 유동 영역과 비압축성 유동 가정의 사용 여부가 표시됩니다.
여러 날개 형상을 비교할 때는 기준 면적, 평균 시위, 유속, 받음각, 옆미끄럼각, 유동 영역 크기, 정확도 및 유체 특성을 동일하게 유지합니다.
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