Model Transport Phenomena
and Acoustics in Pipe Systems with the Pipe Flow Module


Consider All Process Variables with Reduced Computational Resources

Pipe flow 모듈은 파이프 및 채널 네트워크에서 유체 유동, 열과 물질 전달, 수력학적 과도 상태 및 음향에 대한 시뮬레이션에서 사용됩니다. 이 모듈은 엔진 블록의 냉각 파이프라든가 용기에 연결된 공급 및 제품 채널과 같은 큰 개체에 미치는 영향을 모델링 하기 위해서 COMSOL 제품군의 다른 모듈들과 쉽게 통합할 수 있습니다. Pipe flow 모듈은 파이프 네트워크로 구성된 프로세스의 전체 모델링에서 계산 자원을 유지하면서, 파이프 네트워크 내에서 프로세스 변수에 대한 전부를 묘사할 수 있습니다. 파이프 유동 시뮬레이션은 파이프와 채널에서의 속도, 압력, 물질농도 및 온도 분포를 제공할 뿐만 아니라 음파 전파 및 수격 효과에 대해서도 시뮬레이션할 수 있습니다.



Ideal for Modeling Incompressible Fluid Flow Regimes

Pipe Flow 모듈은 길이가 충분히 커서 흐름이 완전 발달한 것으로 간주할 수 있는 파이프와 채널에서 비압축성 흐름을 모델링하는 데 적합합니다. 이 가정을 사용하면 3차원 전체 격자를 가진 파이프의 전단면에 대한 격자화를 하지 않고 모서리를 따라 전 단면의 접선 평균 속도를 풀어서 엣지 성분에 적용합니다. 이는 모델에서 사용하는 변수들이 파이프의 단면에 대해서는 평균 값을 가지고, 단지 파이프의 길이 방항에 대해서만 값들이 변한다는 것을 의미합니다. 내장된 Darcy 마찰 계수에 대한 표현 식은 층류 및 난류, 뉴턴 및 비뉴턴 유체, 다양한 단면 형상 또는 기하학, 광범위한 범위의 상대 표면 거칠기 값을 포함하는 전체 유동 영역을 다룹니다. 이 값들은 네트워크상의 위치나 모델링하는 변수와 직접적으로 연관되어 변할 수 있습니다.

파이프 네트워크의 압력 손실에 영향을 미치는 요소로 마찰만 존재하는 것이 아닙니다. Pipe Flow 모듈은 산업 표준 손실 계수의 광범위한 라이브러리를 통해 계산된 굴곡, 수축, 팽창, T- 접합 및 밸브의 영향을 고려할 수 있으며, 펌프는 유동 유도 장치로서 사용할 수 있습니다. COMSOL 제품군에 있는 모든 물리 인터페이스와 마찬가지로 사용자는 기본 방정식을 자유롭게 조작하고, 소스 또는 싱크(sink) 조건을 추가하고, 모델 변수의 함수로 물리적 특성을 표현할 수 있습니다. COMSOL Multiphysics®는 사용자가 MATLAB®으로 작성된 서브 루틴뿐만 아니라, 특정 물성 속성이나 공정 매개 변수를 나타내는 데이터를 불러올 수 있습니다.



Coupling Pipe Flow to Other Physics and Applications

Pipe Flow 모듈에서 물리 현상은 파이프 또는 채널 시스템 내부 유체의 운동량, 에너지 및 질량 보존에 대해 묘사합니다. 이 시스템은 Pipe Flow 모듈에서 근사 방법을 사용하는 것으로는 설명 할 수 없는 다른 시스템과 쉽게 결합 시킬 수 있지만, 2차원 또는 3차원 시스템의 물리 법칙에 대한 전체 기술이 필요합니다. Pipe Flow 모듈을 사용하면 모서리에서 표면이나 체적으로 또는 그 반대로 데이터를 연계(mapping) 할 수 있습니다. 이는 파이프 네트워크에서의 유동 또는 열 전달을 예로 전체 메시가 이루어진 3차원 용기에서 발생하는 유동 또는 열전달과 결합할 수 있고, 동시에 계산할 수 있음을 의미합니다. 또한 COMSOL 제품군의 모든 물리 기반 제품과 마찬가지로 이러한 연계는 서로 다른 물리 공식들 사이에서 이루어질 수 있어 냉각 채널을 장착한 엔진 블록에서의 열 응력과 같은 특성을 쉽게 해결할 수 있습니다.

Pipe Flow 모듈은 열 및 물질 전달과 화학 반응을 모델링하기 위한 특별한 맞춤형 물리 인터페이스를 포함하고 있습니다. 예를 들어 파이프 네트워크는 3차원 고체 도메인에 포함될 수 있습니다. 열 전달의 경우, 모듈은 파이프 방정식에서 소스 또는 싱크(sink)로 표현되는 3차원 도메인과의 상호 작용에서 기인한 것을 포함하여, 파이프 시스템에서의 에너지 균형을 계산합니다. 이 작업은 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)에서 2차원 또는 3차원 고체 물질과의 상호 작용을 활성화하여 자동으로 수행되며, Pipe Flow 모듈에 있는 주변 환경, 파이프 재료 및 파이프에 대한 강제 대류 및 자연 대류에 대해 사용 가능한 상관 관계를 선택할 수도 있습니다. 물질 전달 기반 물리 인터페이스는 파이프 시스템에 내의 질량 균형을 해석하고, 파이프 유동과 연동되어 확산, 대류 분산, 화학 반응을 고려합니다.



Physics for Water Hammer Analysis and Pipe Acoustics

Pipe Flow 모듈은 유체 및 높은 벽의 탄성 특성을 고려하여 급격한 수력학적 과도 현상에 의해 유발되는 압축성 흐름을 모델링 합니다. 이러한 효과는 밸브의 신속한 닫힘 현상을 통해 발생할 수 있으며, 워터 해머 (water hammer) 효과로 알려져 있습니다.

유연한 파이프를 따라 음파가 전파되는 것도 이러한 네트워크의 설계, 계획 및 구축에 기여하는 요인입니다. Acoustic 모듈과 결합하여 Pipe flow 모듈은 주파수 및 시간 영역 대한 음향 분석을 수행 할 수 있습니다. 다시 말해, Pipe flow 모듈에서 계산된 물리 현상은 파이프 네트워크 내부와 네트워크를 둘러싼 시스템의 물리 현상과 원활하게 연동 시킬 수 있습니다.



Pipe Flow Simulations Great for Many Types of Industries

Pipe Flow 모듈은 유동, 질량 및 열 전달 그리고 음파가 전달되는 모든 유형의 파이프와 채널 네트워크를 모델링하는데 적합합니다. 여기에는 화학 및 공정 산업 플랜트, 발전소, 정유소, 파이프 라인의 석유와 물, 환기 시스템 그리고 엔진 및 터빈의 냉각 시스템에서의 배관 시스템 등이 포함됩니다. 또한 이것은 COMSOL Multiphysics 및 추가 제품 군을 사용하여 수행하는 모델링에 큰 도움이 됩니다. 여기에는 터빈의 복잡한 통합 냉각 시스템 최적화, 주형, 캐스트 및 열 교환기, 건물의 환기 시스템 계획 및 지열 난방 시스템 설계가 포함됩니다.

핸들 사출 주형의 냉각: 비 등온 파이프 유동은 주형과 폴리우레탄 부품의 열 전달 해석과 완전히 연동하였습니다.

핸들 사출 주형의 냉각: 비 등온 파이프 유동은 주형과 폴리우레탄 부품의 열 전달 해석과 완전히 연동하였습니다.


난방 시스템은 연못에서 순환하는 유체를 포함합니다. 압력 강하뿐 아니라 시스템의 온도 프로파일도 모델링 합니다.

난방 시스템은 연못에서 순환하는 유체를 포함합니다. 압력 강하뿐 아니라 시스템의 온도 프로파일도 모델링 합니다.


프로브 튜브 마이크폰에서 파이프 음향은 3D 압력 음향 모델과 연동됩니다.

프로브 튜브 마이크폰에서 파이프 음향은 3D 압력 음향 모델과 연동됩니다.


수격 현상을 유발 하는 밸브를 갑자기 닫은 후 파이프에서 압력 과도 현상.

수격 현상을 유발 하는 밸브를 갑자기 닫은 후 파이프에서 압력 과도 현상.


지반 열 회수는 집열기가 지반에 있는 주택에 열을 공급하는 효율적인 방법입니다. 이 모델은 정원에 있는 최상부 토양 층의 일반적인 열 특성과 함께 지하 표면에 묻혀있는 다양한 패턴들을 비교합니다.

지반 열 회수는 집열기가 지반에 있는 주택에 열을 공급하는 효율적인 방법입니다. 이 모델은 정원에 있는 최상부 토양 층의 일반적인 열 특성과 함께 지하 표면에 묻혀있는 다양한 패턴들을 비교합니다.


바닥 냉 난방은 전도, 복사 및 대류를 사용하여 열 쾌적함을 위해 실내 온도 조절을 하는 중앙 냉난방의 한 형태입니다. 이러한 형태는 대류식 난방기(convector fan)나 벽 방열기(wall radiators)보다 방에 열을 더 균일하게 제공합니다. 이 앱(app)은 다양한 바닥 재료와 치수에 대한 건설 및 자재 비용 (고정 비용)과 함께 요구되는 온도와 압력 강하(운용 비용)간의 균형을 시뮬레이션 합니다.

바닥 냉 난방은 전도, 복사 및 대류를 사용하여 열 쾌적함을 위해 실내 온도 조절을 하는 중앙 냉난방의 한 형태입니다. 이러한 형태는 대류식 난방기(convector fan)나 벽 방열기(wall radiators)보다 방에 열을 더 균일하게 제공합니다. 이 앱(app)은 다양한 바닥 재료와 치수에 대한 건설 및 자재 비용 (고정 비용)과 함께 요구되는 온도와 압력 강하(운용 비용)간의 균형을 시뮬레이션 합니다.


Product Features

  • 파이프와 채널 네트워크에서 층류와 난류
  • 모든 유동 영역, 서로 다른 전단면 형상과 상이한 표면 거칠기에 대한 Darcy 마찰인자
  • 굽힘, 수축, 팽창, T자형 접합부 및 밸브에 대한 산업 표준 손실 계수의 광범위한 라이브러리
  • 펌프를 위한 유량 유도 계수
  • 모든 유동 영역에서 열 전달과 결합한 비 등온 유동
  • 파이프 벽, 고체에서의 전도 및 주위 체적에서의 자유 및 강제 대류를 포함하는 파이프 유동 내부와 주위 한경에서의 열전달
  • 뉴톤 및 비 뉴톤 유체
  • 확산, 분산, 대류 및 화학 반응을 통한 물질 전달
  • 파이프 흐름에 물질 전달을 직접 결합시킨 반응 유동
  • 파이프 네트워크에서 급격한 수력학적 과도 현상으로 인한 수격 효과
  • 주파수 및 시간 영역의 파이프 음향 *

*Acoustic 모듈 필요

Application Areas

  • 화학 공정 시뮬레이션
  • 파이프에서의 화학 반응
  • 냉각 시스템
  • 지열 시스템
  • 열 교환기 및 냉각 플랜지
  • 파이프에서의 열 전달
  • 수력학
  • 윤활
  • 파이프의 질량 전송
  • 비 등온 파이프 유동
  • 정유 파이프 시스템
  • 파이프 음향
  • 파이프 유동
  • 화학 공정에서의 파이프 네트워크
  • 물 및 오일 파이프 라인
  • 수격 방정식

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