COMSOL Multiphysics® 5.6 Release Highlights
CFD Module Updates
CFD 모듈과 관련하여, 두 가지 새로운 유체 흐름 인터페이스와, 난류 강도 및 난류 길이 스케일을 위한 새로운 옵션, 그리고 분리된 입구/출구면 선택에 대한 자동 처리 기능을 제공합니다. 이러한 기능과 기타 새로운 CFD 기능에 대한 자세한 내용은 아래 내용을 살펴 보시기 바랍니다.
Performance Improvements for Multicore and Cluster Computingcation
COMSOL Multiphysics® 5.6버전에는 해석 과정에 대한 몇 가지 성능 개선 사항이 있습니다. 특히, 야코비(Jacobian) 행렬 어셈블리와 대수 멀티 그리드 선조건자(preconditioner)에 대한 메모리 필요량이 감소합니다. 이러한 감소는 멀티 코어 및 클러스터 컴퓨팅에 중요한 의미가 있습니다. 또한, 멀티 그리드 방법에서 사용되는 가장 중요한 스무더(smoother)는 이제 클러스터 컴퓨팅에서 특히 더 효율적입니다.
개선의 예로, 난류 흐름을 특징으로 하는 Ahmed Body의 CFD 벤치 마크를 고려하고자 합니다. 벤치 마크에 사용 된 모델은 16개 노드 클러스터에서 630 만 자유도를 가진 Application Gallery 버전에 비해 더욱 조밀한 메시로 구성되어 있습니다. 이 비교에서 COMSOL Multiphysics® 5.5버전 업데이트 3 및 버전 5.6은 각 노드에 48 개의 코어(2x Intel® Xeon® Platinum 8260 24 코어)가 있는 클러스터에 설치됩니다. 비교에 사용된 솔버는 Symmetrically Coupled Gauss-Seidel smoother(비교 그래프에서 MG로 표시됨)를 사용하는 GMRES의 선 조건자(preconditioner)인 대수 멀티 그리드 솔버(SA-AMG)입니다. 또한 중첩 Domain Decomposition (Schwarz) 방법은 도메인 솔버(DD로 표시)로 멀티 그리드 방법을 사용하는 GMRES의 선조건자로 사용됩니다. 아래 그래프는 계산 시간 대비 노드 수 및 메모리 사용량 대비 노드 수로 성능을 보여줍니다.
Compressible Dispersed Multiphase Flow
다수의 자연 현상과 제조 공정 및 분리 공정에는, 입자나 기포 또는 물방울이 연속 상으로 운반되는 분산 다상 흐름이 포함됩니다. 임의의 수의 분산 상을 해석하는 데 사용되는 Phase Transport, Mixture Model 인터페이스는 압축성 혼합물 흐름을 지원하도록 수정되었습니다. 이러한 흐름 인터페이스에서는 변형 및 회전 도메인에 대한 기능도 향상되었습니다. 또한 Phase Transport, Mixture Model 인터페이스는 이제 분리 및 분산 모델링 접근 방식을 연동하는 시뮬레이션에서, 레벨 설정(level set) 방법과 함께 사용할 수 있습니다. 이 업데이트 된 공식 기능은 새로운 Droplet Rising Through a Suspension 튜토리얼 모델에서 볼 수 있습니다.
Nonisothermal Mixture Model
핵비등 또는 캐비테이션(공동화) 공정과 같이 액체에서 기포가 형성되는 공정을 시뮬레이션하려면 다상 흐름과 열 전달의 연동이 필요합니다. 새로운 Nonisothermal Mixture Model 인터페이스는 이름 그대로 다음과 같은 기능을 제공합니다. 새로운 Nonisothermal Flow, Mixture Model 및 Nonisothermal Mixture Model 다중 물리 노드를 사용하여, Laminar Flow 또는 Turbulent Flow (RANS) 인터페이스, Phase Transport인터페이스 및 Heat Transfer in Fluids인터페이스를 연동합니다. Nonisothermal Mixture Model 인터페이스에서 모든 RANS 난류 모델 연동이 지원됩니다.
Shallow Water Equations
천해 근사(Shallow water approximation)는 쓰나미의 영향, 오염의 영향을 받는 지역, 해안 침식 및 극지방 만년설 융해의 영향을 예측하기 위해 해양학 및 대기 응용 프로그램에 자주 적용됩니다. 새로운 Shallow Water Equations, Time Explicit 인터페이스는 깊이 평균 공식을 사용하여 1D 및 2D 도메인에서 자유 표면 흐름을 해석합니다. 모델의 하단 지형은 디지털 고도 모델 (DEM)에서 편리하게 정의 할 수 있습니다. 이 기능은 새로운 Tsunami Runup on a Complex 3D Beach, Monai Valley 튜토리얼 모델에서 확인할 수 있습니다.
Total Pressure Condition
펌프 시뮬레이션과 같은 특정 응용 분야의 경우 입구 및 출구 경계에 총 (또는 정체) 압력을 지정하는 것이 더 편리합니다. COMSOL Multiphysics® 5.6버전 에는 비압축성 흐름에 대해 입구 및 출구에 총압의 포인트 값 또는 평균 값을 부과하는 옵션이 포함되어 있습니다.
New Averaging Options for Fluid Properties Across Phase Interfaces
이상(two-phase) 유동 시뮬레이션에서 밀도나 점도 비율이 클 때, 상 계면 전체에 체적 평균 유체 특성을 사용하면 과도한 번짐이 발생할 수 있습니다. 유체 특성에 대한 천이 영역을 선명하게 하거나, 천이 영역을 두 상 중 하나로 대체하면 경우에 따라 정확도나 수렴이 향상 될 수 있습니다. 5.6버전에서는 밀도와 점도 모두에 대해 평활화된 Heaviside 함수와 하모닉(harmonic) 부피 평균을 사용할 수 있습니다. 점도의 경우 질량 평균화 및 하모닉 질량 평균화 또한 옵션으로 제공됩니다.
New Options for Turbulence Conditions
입구(inlets) 및 열린 경계(open boundaries)의 난류 강도에 대해 Low (0.01), Medium (0.05) 및 High (0.1)의 세 가지 새로운 옵션을 사용할 수 있습니다. 입구의 난류 길이 스케일에 대한 새로운 Geometry based 기본 옵션도 있습니다. 이 옵션은 입구의 수력학적 직경을 자동으로 계산하고 난류 길이 눈금을 수력 학적 직경의 0.07 배로 설정합니다. 이는 파이프와 채널에서 완전 발달 난류 흐름에 권장되는 값입니다
Automatic Handling of Disjoint Selections
입구 및 출구의 Fully Developed Flow 설정 및 입구의 Mass Flow 설정의 경우, 여러 개의 분리된 경계조건 대상을 단일 경계조건 내에서 처리할 수 있습니다. 이 새로운 기본 옵션은 대상 선택 항목에서 나열된 각 구성 요소에 대해 하나의 방정식을 추가합니다. 분리된 선택에서 연결된 구성 요소는 자동으로 감지됩니다.
New Porous Medium Feature
다공성 매체를 다룰 수 있는 새로운 기능이 고체, 유체 및 부동 유체와 같은 다양한 단계를 정의하는 데 유용합니다. Heat Transfer in Porous Media 인터페이스에서 Porous Medium은 Fluid, Porous Matrix 및 경우에 따라서 Immobile Fluids 와 같은 각 상에 대한 하위 기능을 사용하여 재료 구조를 관리하는 데 사용됩니다. 이 작업 방식은 명확성을 높이고 사용자 직관성을 개선합니다. 또한 더 자연스러운 방식으로, 다공성 매체에서 다중 물리 연동을 용이하게 합니다. Moisture Transport 및 Porous Media Flow 인터페이스와 결합 된 다공성 매체의 열 전달 개선으로 다공성 매체의 비등온 흐름 및 잠열 저장을 모델링 할 수 있습니다.
이러한 설정은 다음 모델에서 볼 수 있습니다:
- heat_pipe
- frozen_inclusion
- evaporation_porous_media_large_rate
- porous_microchannel_heat_sink
- convection_porous_medium
- carbon_deposition
- monolith_3d
- steam_reformer
Automatic Detection of Ideal Gas Material in Heat Transfer in Fluids
다양한 열 전달 인터페이스 내에서 사용할 수 있는 Fluid 기능은 계산 효율성을 향상시키기 위해 이상 기체 가정을 활용하도록 업데이트되었습니다. Fluid type 목록의 From material 옵션은 각 도메인 선택에 적용된 재료가 이상 기체인지 여부를 자동으로 감지하고 각 경우에 대해서 관련 속성을 사용합니다. 예를 들어, 압축성 비등온 흐름에서 압력 일을 계산할 때, 계산 속도를 높일 수 있습니다. COMSOL Multiphysics® 및 Material Library에서 사용 가능한 기체는 이상 기체로 모델링되기 때문에, 압축성 비등온 흐름을 가진 많은 모델이 이러한 개선된 혜택을 받을 것으로 예상됩니다.
Heat and Energy Balance
에너지 및 열 수지 정의에 대한 후처리 변수가 새로운 구성을 포함하도록 확장되었습니다. 특히, 면 외부 열원을 고려하기 위한 비등온 흐름; 체적 힘, 점성 소산 및 압력 일; 경계 응력; 내부 벽의 수직 속도가 0이 아닌 경우의 엔탈피 플럭스가 이에 해당합니다. 후처리 변수 또는 에너지 및 열 수지 정의가 적층 재료로 확장되었습니다. 에너지 및 열 수지는 시뮬레이션 정확도를 확인하기 위해 솔버 오류 추정치에 대한 대체 기준을 제공합니다. 이 기능은 Electronic Chip Cooling 모델에서 확인할 수 있습니다.
Easier Setup for Phase Field and Level Set Models
Level Set 및 Phase Field 인터페이스가 재구성되었습니다. 두 개의 Initial Values 노드가 기본적으로 추가되고, 이전에 사용된 Initial Interface 기능이 제거되었습니다. 대신 초기 인터페이스는 초기 단계가 다른 두 Initial Values 노드 사이의 경계에 자동으로 배치됩니다.
New Tutorial Models
CFD 모듈에 몇 가지 새로운 튜토리얼 모델을 제공합니다.
Droplet Rising Through a Suspension | Polymer Electrolyte Membrane Electrolyzer |
Dam Breaking on a Column, Shallow Water Equations | Tsunami Runup onto a Complex 3D Beach, Monai Valley |