COMSOL Multiphysics® 5.4 Release Highlights


CFD Module Updates


CFD 모듈 사용자를 위해 COMSOL Multiphysics® 버전 5.4는 다공성 매질과 자유 영역에서의 상 이동, FSI문제에서의 다중유동 현상, 대형 와류 시뮬레이션기능을 포함합니다. CFD 모듈 업데이트에 대해 더 자세한 것은 아래 내용을 보시기 바랍니다.

Large Eddy Simulation


Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 접근법과 비교하여 난류 유동 시뮬레이션에 대한 대안을 제공하는 단상 유동에 대한 대형 와류 시뮬레이션(LES)가 제공됩니다. LES에서 커다란 3차원 비정상 맴돌이 효과는 메시에 의해 해결되는 반면, 요소 스케일 또는 그 이하에서 발생하는 작은 맴돌이 효과는 근사화 처리됩니다. 이를 위해서는 시뮬레이션이 3차원이어야 하며, 시간-의존 해석이어야 합니다. 급속하게 진화하는 클러스터 컴퓨팅 기술로 인해 LES는 아카데믹 모델링뿐만 아니라 산업 관련 응용분야에서도 적합합니다. 현재 3가지의 LES모델 인터페이스가 존재하며, 모두 멀티스케일 변형 방법 – 미정의된 스케일을 필터링 하기 위한 변분 접근법 – 으로 유한요소법에 적합합니다.

Ret=395 에서의 난류 채널 유동에 대하여 유동방향속도는 등위면으로, 속도 크기는 표면으로 처리하였습니다. 시뮬레이션은 LES RBVM (Residual 기반 변형 스케일) 인터페이스를 사용하여 수행하였습니다.

Ret=395 에서의 난류 채널 유동에 대하여 유동방향속도는 등위면으로, 속도 크기는 표면으로 처리하였습니다. 시뮬레이션은 LES RBVM (Residual 기반 변형 스케일) 인터페이스를 사용하여 수행하였습니다.


Phase Transport in Free and Porous Media

새로 나온 인터페이스인 Phase Transport in Porous Media 및 Phase Transport 은 단상 및 다상 유동 인터페이스와 함께 사용되어 임의의 상이 공존하는 다공성 매질 및 자유 유로에서의 다상흐름을 시뮬레이션 합니다. 또한, Multiphase Flow in Porous Media은 Darcy’s Law 인터페이스와 Phase Transport in Porous Media 인터페이스 간의 기정의된 다중 물리 연동입니다. 다공성 매질내에서 임의의 상이 공존하는 다상 유동을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있으며, 사용자가 상과 상 사이의 상대 투자율 및 모세관 압력과 같은 다공성 매질의 특성을 지정할 수 있습니다. Two-Phase Flow over a Low Permeable Lens 예제에서 위에서 기술한 기능들을 살펴 볼 수 있습니다.

Phase Transport 인터페이스와 결합된 Mixture Model, k-epsilon 인터페이스를 사용하여 해석한 파이프에 배치된 원형 오리피스를 통과하는 난류 다상 흐름. 5개의 기정의된 액적 크기 그룹의 집단은 난류 전단 분해로 인해 재분배 됩니다.

Phase Transport 인터페이스와 결합된 Mixture Model, k-epsilon 인터페이스를 사용하여 해석한 파이프에 배치된 원형 오리피스를 통과하는 난류 다상 흐름. 5개의 기정의된 액적 크기 그룹의 집단은 난류 전단 분해로 인해 재분배 됩니다.


저 투과렌즈(적색)를 함유한 다공성 매질에서의 2상 흐름. 등고표면은 무거운 상이 다공성 매질 위에서 침투될 때를 보여줍니다. 저 투과율 렌즈는 렌즈 외부의 임계 채도에 도달할 때에만 침투됩니다.

저 투과렌즈(적색)를 함유한 다공성 매질에서의 2상 흐름. 등고표면은 무거운 상이 다공성 매질 위에서 침투될 때를 보여줍니다. 저 투과율 렌즈는 렌즈 외부의 임계 채도에 도달할 때에만 침투됩니다.


Fully Developed Flow on Inlet and Outlet Boundaries

Fully developed flow 옵션은 이제 층류 및 난류 모두에 대해 Inlet과 Outlet 경계조건으로 사용될 수 있습니다. 이 옵션은 파이프 입출구 경계에 해당하는 임의 단면에 대해 완전 발달된 유량에 대한 방정식을 추가하고, 계산 영역의 방정식에 연동하여 사용됩니다. 입구 또는 출구에서 평균 유속, 유량 혹은 평균 압력을 지정할 수 있습니다. 또한 난류 변수가 솔루션의 일부로 사용됩니다. 이 기능은 Flow Through a Pipe Elbow 모델에서 확인 할 수 있습니다.

Fully developed flow 옵션을 사용여부에 따라 해석한 반원형 파이프의 속도(파란색)와 압력(윤곽). 이를 사용하지 않은 경우 파이프 벽에서 균일한 속도와 no-slip 조건 사이의 비호환성으로 인해 입구에서 큰 압력강하가 발생합니다.

Fully developed flow 옵션을 사용여부에 따라 해석한 반원형 파이프의 속도(파란색)와 압력(윤곽). 이를 사용하지 않은 경우 파이프 벽에서 균일한 속도와 no-slip 조건 사이의 비호환성으로 인해 입구에서 큰 압력강하가 발생합니다.


Non-Newtonian Yield-Stress Fluids

누군가 케첩을 병에서 쏟으려고 한다면 병안에는 항복 응력이 발생합니다. 세 가지 항복 응력 점도 모델이 비 뉴튼 점도 모델에 추가되었습니다. Bingham-Papanastasiou 및 Casson-Papanastasiou 모델의 경우 큰 변형율을 갖는 유체에 대하여 점도가 일정한 값에 접근합니다. Herschel-Bulkley-Paapanastasiou 모델의 경우 변형율이 큰 값에 대해 Power-Law 유체로 작동합니다.

Herschely-Bulkley-Papanastasiou 액에 대한 항복 표면. 어두운 부분은 응력이 항복응력보다 낮은 곳을 나타냅니다. 이것은 흐름이 정체상태이거나, 이 부분에 플러그 흐름이 있음을 나타냅니다.

Herschely-Bulkley-Papanastasiou 액에 대한 항복 표면. 어두운 부분은 응력이 항복응력보다 낮은 곳을 나타냅니다. 이것은 흐름이 정체상태이거나, 이 부분에 플러그 흐름이 있음을 나타냅니다.


All Turbulence Models in the Two-Phase Flow Interface

Two-Phase Flow, Level Set 및 Two-Phase Flow, Phase-Field 인터페이스가 모든 난류모델을 지원합니다.

액체 표면에서 앞뒤로 움직이는 장애물이 있는 원통형 탱크에서의 Level-Set 시뮬레이션

액체 표면에서 앞뒤로 움직이는 장애물이 있는 원통형 탱크에서의 Level-Set 시뮬레이션


Interior Wetted Wall Feature in the Two-Phase Flow interfaces

Two-Phase, Flow, Level Set 및 Two-Phase Flow, Phase-Field 인터페이스는 내부 경계에 적용할 수 있는 새로운 Interior Wetted Wall 기능을 포함합니다. 이는 외부 경계에만 사용할 수 있었던 기존의 유체 Wetted Wall 기능을 보완합니다. 이 기능을 사용하면 내부 이동 또는 고정 벽에 접촉각을 지정할 수 있습니다. Two-Phase Flow, Level Set 인터페이스에 존재하는 Interior Wetted Wall기능은 다중 물리현상 연동 기능이며, Two-Phase Flow, Phase Field 인터페이스는 Phase-Field 내의 기능으로 존재합니다.

물과 공기의 계면에서 interior wetted wall이 진동하는 level-set 시뮬레이션

물과 공기의 계면에서 interior wetted wall이 진동하는 level-set 시뮬레이션


New Pipe Connection Multiphysics Coupling

Pipe Flow 모듈 사용자를 위해 COMSOL Multiphysics® 5.4에서는 Pipe Flow 인터페이스와 단상 유동 인터페이스를 결합하는 새로운 Pipe Connection 다중 물리 연동기능을 포함합니다. Pipe Flow 인터페이스로 모델링한 파이프 부품을 3D 단상 유동 영역과 연동하는 것은 앞서 언급한 다중 물리 연동 기능을 사용하면 훨씬 쉽게 적용할 수 있습니다. 이 기능은 층류 혹은 난류유동 모두에서 파이프 유동 영역과의 연결이 가능합니다. Convective Flow in Heat Exchanger Plate 예제에서 이 기능이 사용되는 것을 확인할 수 있습니다.

k-e 난류모델을 사용한 유체영역과 Pipe Flow 인터페이스로 해석한 원형파이프와 연결하여 해석해서 나온 속도 (파란색) 와 압력 (무지개색) 결과.

k-e 난류모델을 사용한 유체영역과 Pipe Flow 인터페이스로 해석한 원형파이프와 연결하여 해석해서 나온 속도 (파란색) 와 압력 (무지개색) 결과.


새로운 Pipe Connection 연동을 위한 사용자 인터페이스. 모델 설정을 단순화 하기 위해 허용되는 선택사항들을 소프트웨어에서 제안합니다.

새로운 Pipe Connection 연동을 위한 사용자 인터페이스. 모델 설정을 단순화 하기 위해 허용되는 선택사항들을 소프트웨어에서 제안합니다.