CFD 수직형 사류펌프 실험 레포트

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목차

제 1 장 서론

제 2 장 사류 펌프 모델
1. Static Mixer
2. Static Mixer에서 Inlet의 위치 변화

제 3 장 컴퓨터시뮬레이션
1. CFD 개요
2. 수치해법
3. 지배방정식
4. 수치 이산화
5. 선형방정식 해석

제 4 장 사류펌프 이론
제 5 장 결과 및 검토
1. 유량에 따른 유선 분포 비교
2. 유량에 따른 압력 분포 비교
3. 유량에 따른 속도벡터 분포 비교
4. 유량에 따른 그래프 분포 비교

제 6 장 결론 및 고찰

본문내용

해
1-2) 실험
장치 실험
수치모사 실험: 기본방정식 ⇒ 수치해석(FEM,FVM...) ⇒ 대수방정식(이산화방정식) ⇒ 근사해
2) CFD(Computational Fluid Dynamics : 전산유체역학, 수치유체역학)
- 사람의 수작업등으로 간단히 구해지지 않는 복잡한 유동현상에 대한 유체운동 방정식을 컴퓨터를 이용하여 시뮬레이션하는 방법.
- 유체의 물리적 움직임을 수학식으로 표현한 편미분방정식 또는 적분방정식들을 컴퓨터를 이용하여 수치적 방법으로 풀어 해를 얻는 학문.
- Navier-Stokes 방정식 등과 같은 미분형 방정식 사용
- 3차원의 비정상 속도성분 및 압력, 밀도, 온도 등이 동시에 구해짐.
- 대용량의 데이터 저장에 의한 다양한 후처리 기능.
- 난류 운동과 같이 아직 완전하게 밝혀지지 않는 유체 운동현상에 대해서 수치해석이 가능하게 해주는 물리적 모델링이 가능한 이점이 있는 학문.
3) CFD의 활용
① 광범위적인 범위
- 선박 분야 : 선박주위에서 일어나는 파형 및 난류유동 해석.
고효율의 선박추진기 개발을 위해 프로펠러 주위, 워터제트 추진기의 유체운동현상 해석시.
- 잠수함 분야 : 설계 전반에 걸친 유동해석.
유체에 의해 발생하는 소음을 예측. 소음에 의한 추적의 원인 제거.
- 자동차분야 : 엔진소음분야의 고속에서의 발생하는 주요 공력 소음에 대한 연구, 연소해석, 자동차 엔진 실린더 해드내의 회전유동 해석.
- 전자제품 분야 : 잉크젯을 설계하는데 부품이 작아서 실험이 어려운 잉크 액적의
생성, 크기, 형상해석과 컴퓨터의 냉각장치 해석.
- 항공 분야 : 무중력 상태에서의 연소특징 해석에 CFD를 이용.
연료탱크에서 연료의 흐름, 항공기와 우주선이 받는 추진력과 토크의 크기해석이나 연료혼합 문제 해석.
- 기타 자연과학분야 등 여러분야에서 다양하게 CFD해석법이 이용.
Fig 2. CFD수치해석 활용 예
② 세부적인 시뮬레이션 실용 예
Fig 3. CFD 전용툴에서의 공조분야 해석의 한 예
Fig 4. 공장 내부 오염물질 제거 최적화를 위한 환기해석의 한 예
Fig 5. 화재시뮬레이션의 한 예
Fig 6. 피난시뮬레이션의 한 예
Fig 7. 동적열부하계산의 부하계산 과정
4) CFD코드 운영
CFD 코드 분류
- CFD코드는 Navier-Stokes방정식(운동량+질량보존)을 어떻게 푸는가에 따라 분류.
① 질량보존- SIMPLE, PROJECTION, INTEGRATED METHOD
② 공간이상화- FVM, FDM, FEM
③ 시간 이상화- 외재적(Explicit), 내재적(Implicit)
④ 다상유동- VOF, Lever Set, Unstructured
⑤ 구조물과 유동장의 상호작용-Combined, Explicit
⑥ 이외 Bio, M든(NEMS)연관된 열전달 및 유체해석 문제를 해석하는 전용 상용 코드들도 등장
CFD 3가지 요소
① 전처리 과정
② 해석
③ 후처리 과정
CFD의 제품 및 적용분야
① ANSWER™
- 와동이 있거나 없는 열전달 그리고 화학반응과 연소가 있는 층류 및 난류유 동을 해석하는데 쓰이는 범용 CFD프로그램.
- 석유화학, 화공, 우주공학, 기계공학 및 도시공학에서의 유동해석.
- 유체유동해석, 연소, 유동소음.
② PORFLOW™ / FRACFLOW™ / WELLFRAC™
- 다상, 비균질 포화도, 다공성, 또는 균열된 매질내에서의 비정상 또는 정상상 태의 유체운동, 연절달, 그리고 염분 및 물질전달을 해석하는 프로그램.
③ 이외 RADM™ (제련소 굴둑연기 또는 공해물질에 의한 공기오염-공기오염 연구), TIDAL™ (해수, 표면(바닷물)에 대한 연구) 등이 있다.
2. 수치해법
3. 지배방정식
① 지배방정식의 필요성
흔히 지배방정식이라고 불리는 미분방정식의 형태의 식을 유도하는 이유는 모델링의 필요가 많을수록 기존의 미분방정식을 수정하는 방법이 처음부터 보존법칙을 고려하는
것보다 편리하기 때문.
② Navier-Stokes방정식
질량 dm인 요소에 작용하는 힘 의 분력 에 대한 식으로부터 x,y,z에 대입하여 정리하면,
로부터 Newton유체에서 점성력은 전단변형률에 비례함을 이용하여 응력들을 직교좌표
계에서 속도구배와 유체성질의 항으로 다음과 같이 표현될수 있다.
위식에서 p는 국부열역학적 압력이며, 열역학적 압력은 열역학 관계식인 상태방정식에
의하여 밀도와 온도에 연관되어 있다. 응력에 관한 이 식들을 미분형 운동방정식에 대
입하면 다음과 같다.
이 운동방정식들을 Navier-Stokes 방정식이라고 부르며, 압축성 유동일시는 간단하게 식
을 정리할수 있다.
대류항 (One-way transport)
확산항(Two-way transport)
대류 열전달 (A/C에서 나오는 바람)
전도 열전달 (금속판의 가열)
물리량(외부교란)이 한 쪽 방향으로만전달 (공간 이산화와 관련)
물리량(외부교란)이 모든 방향으로전달
수학적인 용어를 쓸 때 쌍곡선형(Hyperbolic type)이라 한다.
타원형(Elliptic type)이라 한다.
예)1.물질전달(Fick’s law)
2.압력방정식(why??)
Table 2. 대류항과 확산항의 비교
4. 이산화 방법
다른 용어로는 차분(Discretization)이라고도 하며, 편미분방정식을 대신해서 사용할 일련의 대수방정식(유동영역안의 차분점들에 대한)을 얻는 과정이다. 미분방정식에 대한 수치해를 얻기 위해 여러 종류의 이산화 방법이 개발되고 있지만, 아래 3종류가 가장 일반적 방법이다.
(1) 수치해석의 종류
지구상 혹은 우주의 모든 물리현상을 지배하는 방정식은 편미분방정식형태로 나타날 수
밖에 없는데, 이들 편미분방정식을 해석적인 방법으로 풀수 있는 것은 대부분 선형 편미
분 방정식이어야 하고 초기/경계조건들이 매우 간단한 문제에 국한하므로 이러한 해석적
방법으로 실제적이고 복잡한 물리현상을 다루는 공학문제를 해결하기에는 거의 불가능에
가깝다고 할 것이다. 후 컴퓨터의 보급, 발달에 따라 이러한 해석적 방법의 한계를 극복
하기 위하여 편미분방정식을 풀기위해 컴퓨터의 힘을 빌리기 시작하였고, 이에 따른 수
치해석 또는 시뮬레이션등의 이르

키워드

CFD,   CFX,   유체역학,   유체기계,   유체실험,   사류펌프