COMSOL Multiphysics® 5.3a Release Highlights



CFD Module Updates


CFD 모듈 사용자를 위해 COMSOL Multiphysics® 버전 5.3a에는 완전 발달된 난류에 대한 새로운 실제적인(realizable) k-ε 난류모델, 부력에 의한 난류 및 입구 경계조건이 포함됩니다. 아래의 CFD 모듈 업데이트를 확인하시기 바랍니다.

New Realizable k-ε Turbulence Model Interface

새로운 난류 유동인 실제적인 k-ε 인터페이스는 대중적인 RANS 난류모델을 추가합니다. 대부분의 난류 모델에서는 난류로 인한 수직 응력의 비음조건(nonnegativity), 섭동 양 사이에서의 슈왈츠 불균형, 난류 생성의 제한 등이 일어납니다. 그러나 새로운 실제적인 k-ε 난류 모델은 난류 수송 방정식의 계수가 평균 유동 변형률 및 k와 ε에 따라 달라지도록 설정 함으로써, 실현가능성을 적용시킵니다. 이는 제한 상태의 해보다 유연하고 보다 물리적인 접근을 가능하도록 합니다.

큐브의 단면 중 하나에 대해 직각으로 흐르는 난류 흐름, 실제적인 k-ε 난류 모델은 급격한 평균 변형으로 인해 발생하는 변형 방향에 대한 난류 에너지 성분이 음의 값을 갖지 못하도록 합니다.

큐브의 단면 중 하나에 대해 직각으로 흐르는 난류 흐름, 실제적인 k-ε 난류 모델은 급격한 평균 변형으로 인해 발생하는 변형 방향에 대한 난류 에너지 성분이 음의 값을 갖지 못하도록 합니다.


All Turbulence Models Now Available for Rotating Machinery

새로운 버전의 CFD모듈에서는 Rotating Machinery와 함께 사용될 때 모든 난류 모델에 대한 기성공식이 포함되어 있습니다. 이것은 이전에 회전 프레임에 대해 수동으로 정의해야만 했던 모든 난류모델에 비해 Rotating Machinery로 난류를 모델링 하는 것이 더욱 간단해졌습니다.

새로운 난류 모델과 Rotating Machinery 기능의 조합으로 모델링 된 원심 펌프 모델

새로운 난류 모델과 Rotating Machinery 기능의 조합으로 모델링 된 원심 펌프 모델


All Turbulence Models Now Available for the Mixture Model and Bubbly Flow Interface

Bubbly Flow 및 Mixture Model 인터페이스에는 고유한 벽-기법 기반의 k-ε 및 실제적인 k-ε 공식을 제외하고 모든 난류모델에서 자동 벽 처리가 포합됩니다. 추가적으로 내부 벽 경계조건을 사용할 수 있으므로, 얇은 벽에 대하여 메시를 생성하지 않고도 임펠러, 로터, 배플, 핀 등을 처리할 수도 있습니다.

Buoyancy-Induced Turbulence

부력은 유체에 체적력을 부여함으로써 자연스럽게 불안정성을 야기할 수 있습니다. 결국, 이러한 불안정성으로 유동은 복잡해지고 난류가 시작됩니다. CFD 모듈의 부력 모델링에 사용되는 Gravity 기능에는 해당 확인란을 선택하여 부력으로 인한 난류를 계산하는 옵션이 포합됩니다. 난류 유동에 대한 이러한 기여는 Nonisothermal Flow 멀티피직스 연동 또는 사용자 정의에 의한 난류 슈미트(Schmidt) 수로부터 자동으로 정의될 수 있습니다.

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Inlet Boundary Condition for Fully Developed Turbulent Flow

완전 발달된 난류 유동에 대한 Inet 경계조건은 입구 단면이 일정한 길이에서 유동이 완전 발달되었다고 가정할 때, 입구 단면에서의 속도 프로파일과 난류 변수값을 제공합니다. 이전 버전의 COMSOL® 소프트웨어에서는 횡단면 속도 프로파일을 적절하게 추정하기 위해 채널의 형상이 매우 긴 입구 단면을 모델링 해야만 하였습니다. 새로운 경계조건은 추가 형상이 필요 없이 매우 정확한 입구 프로파일을 제공함으로 계산 리소스가 감소합니다.

별 모양의 단면을 갖는 노즐의 입구는 완전 발달된 난류 유입 조건을 사용하여 모델링 됩니다.

별 모양의 단면을 갖는 노즐의 입구는 완전 발달된 난류 유입 조건을 사용하여 모델링 됩니다.


New Boundary Condition: Inflow

새로운 Inflow 경계조건은 알려진 업스트림 조건과 함께 분석을 단순화하기 위해 모델에서 제외된 가상 도메인에서 유입되는 열 유입을 적용할 수 있습니다. 이전 버전에서 Temperature 경계조건을 적용한 입구에 적용된 유입 조건은 상류 현상으로부터의 온도 및 압력을 설명합니다. 또한 입구의 인접한 모서리(혹은 2D의 점)의 온도를 제한하지는 않지만, 대신 상류 조건과 일치하는 열 유속을 지정합니다. 전반적으로 이것은 보다 정확하고 사실적인 물리적 모델을 유도합니다. 어플리케이션 라이브러리의 모든 적용 가능한 모델이 이 경계조건을 이용하도록 업데이트 되었습니다.

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Revamped Rotating Machinery Interfaces with Moving Mesh

Rotating Machinery, Fluid Flow 인터페이스는 Rotating Domain 노드를 유체흐름에 대한 식과 분리하여 향상되었습니다. 이러한 인터페이스 중 하나를 추가할 때 단상 유동흐름 인터페이스가 추가되고 Definitions > Moving Mesh 아래의 Rotating Domain 노드가 추가됩니다. 이러한 분리로 인하여 유동흐름 인터페이스와 회전체를 결합할 수 있습니다. 이러한 유연성이 향상되었을 뿐만 아니라, 이전 버전의 COMSOL Multiphysics®처럼 회전체 및 별도의 움직이는 메시(moving mesh)에서 유동 흐름을 정의하는 것이 쉽습니다. 움직이는 메시는 모델의 공간 프레임을 제어하여 도메인이 회전중인 모델의 모든 물리 인터페이스에 적용될 수 있습니다. 일례로, 이것은 혼합기와 교반형 반응기에서의 화학 종 이송과 유체 흐름의 조합을 단순화 합니다.

New Fluid-Structure Interaction Interface That Supports All Turbulence Models

Fluid-Structure Interaction 멀티피직스 연동 노드는 이전 버전의 동일한 노드를 새 버전으로 변경하였습니다. 다수의 단일 물리 인터페이스를 멀티피직스 노드를 통하여 새로운 스타일에 맞게 서로 연동하여 줍니다. 유체 고체 연성 모델링에서도 각 물리 설정의 기능을 모두 사용하게 해 줍니다. 고체 입장에서 보면, 많이 추가 가능한 경계 조건과 재료 모델을 FSI 해석에서 사용 가능합니다. 예를 들어, 강체 도메인, 압전, 비선형 탄성 재료 모델을 사용 가능합니다. 유체 입장에서도 모든 난류 모델과 경계 조건을 사용 할 수 있습니다. Fluid-Structure Interaction을 추가하면 Solid Mechanics, Laminar Flow, Fluid-Structure Interaction 멀티피직스 연동 노드, Definitions에 Moving Mesh 노드가 추가됩니다. 어플리케이션 라이브러리의 모든 유체-구조 연동 모델은 새로운 기능의 연동 노드를 사용하여 모델링 되었습니다.

이 예제는 자동차 날개가 200km/h의 난류 유동 속에서 해석 결과로 압력(색), 변형(50배 확대)을 표시합니다. 한 방향 유체-고체 연동으로 설정한 결과입니다.

이 예제는 자동차 날개가 200km/h의 난류 유동 속에서 해석 결과로 압력(색), 변형(50배 확대)을 표시합니다. 한 방향 유체-고체 연동으로 설정한 결과입니다.


Substantially Improved Performance and Stability for Time-Dependent Problems

시간 의존 문제에 대한 솔버 전략이 수정되어 부드럽고 견고환 솔루션으로 인해 정확도를 잃지 않고 최대 50% 더 빠르게 계산이 가능합니다.

COMSOL Multiphysics® 버전 5.3a 에서 보다 신속하게 풀린 Karman vortex street downstream을 생성하는 구 주위의 유동에 대한 시간 해석 모델

그COMSOL Multiphysics® 버전 5.3a 에서 보다 신속하게 풀린 Karman vortex street downstream을 생성하는 구 주위의 유동에 대한 시간 해석 모델


Revamped Free and Porous Media Flow Interface

새로운 버전의 Free and Porous Media Flow 인터페이스에서, 사용자는 다공성 매질 유동과 함께 층류 또는 난류와 연동할 수 있습니다. 이 인터페이스는 다공성 전극의 모델링을 위해 전기화학 인터페이스를 연동한다는 점에서 특별합니다.

Kozeny-Carman Permeability Model

COMSOL Multiphysics® 버전 5.3a의 Darcy’s Law 인터페이스에서 사용할 수 있는 Kozeny-Carman 투자율 모델을 사용하면 다공성 및 입자 직경으로부터 입상 매체의 투과율을 예측할 수 있습니다.

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Thin Barrier Feature in the Two-Phase Darcy’s Law Interface

Two-Phase Darcy’s Law 인터페이스를 사용하여 내부 경계에 투과성 벽을 정의할 수 있습니다. 이러한 내부 경계는 얇고 낮은 투과성 구조를 나타내는데 사용됩니다. Thin Barrier 기능은 지오텍스타일(geotextiles) 혹은 천공된 판과 같은 얇은 구조물에서 메시가 많이 생성되는 것을 방지합니다. 또한 내벽의 투과성은 등방성 또는 이방성 일 수 있습니다.

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New Tutorial Model: Flow in a Hydrocyclone

COMSOL Multiphysics®의 5.3a버전에서 소개된 V2-f난류 모델은 매우 정확한 결과를 주면서, 유체 사이클론의 모델링에 매우 적합합니다. 튜토리얼 모델에 포함된 이 모델은 사용자 고유의 설계에서 난류 모델을 구현하는데 도움을 줍니다. 결과는 액체 싸이클론의 속도 장과 압력 강하를 보여주며, 두 가지 모두 과학 문헌들과 잘 일치합니다.

하이드로 사이클론에서의 유동 및 입자 궤적. 가벼운 입자는 흐름에 동반되어 메인 흐름을 따라 위쪽 출구를 통해 흐릅니다. 무거운 입자의 경우 원심력으로 인해 방사형태로 흐르며 바깥쪽으로 흘러 작은 출구를 통해 배출됩니다.

하이드로 사이클론에서의 유동 및 입자 궤적. 가벼운 입자는 흐름에 동반되어 메인 흐름을 따라 위쪽 출구를 통해 흐릅니다. 무거운 입자의 경우 원심력으로 인해 방사형태로 흐르며 바깥쪽으로 흘러 작은 출구를 통해 배출됩니다.

Application Library path:

CFD_Module/Single-Phase_Tutorials/hydrocyclone

New Tutorial Model: Acoustic Liner with a Grazing Background Flow

이 모델은 그레이징 흐름(grazing flow)이 있는 음향 라이너의 음향 특성을 계산하는 방법을 나타냅니다. 8개의 공명기로 구성된 라이너는 얇은 박판을 띄고 있으며, 배경 그레이징 흐름은 마하수 0.3입니다. 라이너 위의 음압 레벨을 해석하여 발간된 논문의 결과와 비교하였습니다. 모델은 우선 CFD Module에서 이용 가능한 SST 난류 모델을 이용하여 유동을 계산합니다. 음향은 Acoustics Module의 Linearized Navier-Stokes, Frequency Domain 인터페이스를 사용하였습니다.

New Tutorial Model: Coriolis Flow Meter

질량 유량계 또는 관성 유량계로 알려진 코리올리 유량계는 도파관을 통과하는 유체의 질량 유량을 측정하는데 사용됩니다. 이는 진동 튜브를 통한 유체의 관성이 튜브의 질량 유량에 비례하여 비틀림이 발생한다는 사실을 이용하였습니다. 일반적으로, 밀도와 체적 유량비는 이 장치를 통해 평가할 수 있습니다.
이 모델은 곡관 형상을 갖는 일반 코리올리 유량계의 해석방법을 나타내고 있습니다. 유체가 탄성 구조체를 통화할 때, 이는 덕트의 진동과 함께 변형을 갖는 상호작용을 나타냅니다. 덕트의 두 지점 간의 변형 위상차는 코리올리 효과에 의해 야기되며, 시스템을 통과하는 질량 유량비를 평가하는데 사용될 수 있습니다.

이 모델은 내장된 Multiphysics 연동을 사용하여 Linearized Navier-Stokes, Frequency Domain 인터페이스와 Solid Mechanics 인터페이스를 연동합니다. 배경 평균 흐름은 Turbulent Flow, SST 인터페이스를 사용하여 모델링 하였습니다. 이러한 방법을 통해, 유동-구조 연동(FSI)을 주파수 영역에서 효과적으로 모델링 할 수 있습니다.