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.

Ahmed Body 주변의 유선과 수직 단면 메시

Ahmed Body 주변의 유선과 수직 단면 메시



개선된 버전에서의 Ahmed Body 벤치 마크 모델의 Wall-clock 계산 시간

개선된 버전에서의 Ahmed Body 벤치 마크 모델의 Wall-clock 계산 시간

개선된 버전에서의 Ahmed Body 벤치 마크 모델의 물리적 메모리 사용량

개선된 버전에서의 Ahmed Body 벤치 마크 모델의 물리적 메모리 사용량


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.

서스펜션을 통해 떠오르는 기름 방울. 현탁액은 처음에는 두 개의 투명한 층 사이에 조밀한 층으로 계층화되고, 액적은 처음에는 하단 투명한 층에 위치합니다. 이 모델은 분산 다상 유동 모델과 레벨셋 모델의 연동을 보여줍니다.

서스펜션을 통해 떠오르는 기름 방울. 현탁액은 처음에는 두 개의 투명한 층 사이에 조밀한 층으로 계층화되고, 액적은 처음에는 하단 투명한 층에 위치합니다. 이 모델은 분산 다상 유동 모델과 레벨셋 모델의 연동을 보여줍니다.


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.

원통형 환형관에서의 핵비등. 내부 실린더의 온도, 기포 부피 분율 및 기포 유속에 대한 유선(streamline)을 보여 줍니다.

원통형 환형관에서의 핵비등. 내부 실린더의 온도, 기포 부피 분율 및 기포 유속에 대한 유선(streamline)을 보여 줍니다.


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.

시간 내연적 천해 방정식(Shallow Water Equations, Time Explicit) 인터페이스를 통한 쓰나미 충격 시뮬레이션.

시간 내연적 천해 방정식(Shallow Water Equations, Time Explicit) 인터페이스를 통한 쓰나미 충격 시뮬레이션.


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.

팬 블레이드에서 생성된 순환 유동. 평균화된 총 압력 조건이 입구 및 출구 경계에 부과되었습니다.

팬 블레이드에서 생성된 순환 유동. 평균화된 총 압력 조건이 입구 및 출구 경계에 부과되었습니다.


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.

공기-물 계면에서 점도를 평균화하기 위한 다양한 옵션.

공기-물 계면에서 점도를 평균화하기 위한 다양한 옵션.


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

설정 창에 표시된 Turbulent Intensity및 Turbulence Length Scale에 대한 새로운 옵션.

설정 창에 표시된 Turbulent Intensity및 Turbulence Length Scale에 대한 새로운 옵션.


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.

Polymerization_multijet 모델이 분리 된 선택을 위한 새로운 옵션으로 업데이트되었습니다. 두 가지 유형의 입구에 대해 별도의 방정식이 추가됩니다.

Polymerization_multijet 모델이 분리 된 선택을 위한 새로운 옵션으로 업데이트되었습니다. 두 가지 유형의 입구에 대해 별도의 방정식이 추가됩니다.

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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


Heat Transfer in Porous Media 인터페이스에서 Porous Medium의 하위 항목으로 결합된 유체, 고체, 부동 유체 등의 다공성 매질. 설정 창은 다공성 매체의 여러 단계에서 유효 열전도율을 정의하는 모델 선택을 보여줍니다.

Heat Transfer in Porous Media 인터페이스에서 Porous Medium의 하위 항목으로 결합된 유체, 고체, 부동 유체 등의 다공성 매질. 설정 창은 다공성 매체의 여러 단계에서 유효 열전도율을 정의하는 모델 선택을 보여줍니다.


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.

LED 전구의 온도 분포 (표면) 및 속도 (화살표 및 유선). 이상 기체 공식을 자동으로 사용하면 COMSOL Multiphysics® 5.6버전에서 계산 시간이 경우에 따라서 약 10 % 단축됩니다.

LED 전구의 온도 분포 (표면) 및 속도 (화살표 및 유선). 이상 기체 공식을 자동으로 사용하면 COMSOL Multiphysics® 5.6버전에서 계산 시간이 경우에 따라서 약 10 % 단축됩니다.


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.

교차 흐름 열교환기 모델의 에너지 수지 확인. 뜨거운 입구로 들어가는 총 순 에너지 비율은 전체 모델의 에너지 수지와 비교됩니다.

교차 흐름 열교환기 모델의 에너지 수지 확인. 뜨거운 입구로 들어가는 총 순 에너지 비율은 전체 모델의 에너지 수지와 비교됩니다.


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.

Initial Values, Fluid 2 기능에 대한 설정. Initial Interface 기능은 더 이상 필요하지 않습니다. 레벨셋 또는 위상 필드 함수의 초기 분포는 Phase Initialization 해석 단계에서 해석됩니다.

Initial Values, Fluid 2 기능에 대한 설정. Initial Interface 기능은 더 이상 필요하지 않습니다. 레벨셋 또는 위상 필드 함수의 초기 분포는 Phase Initialization 해석 단계에서 해석됩니다.

Initial Values, Fluid 2 기능에 대한 설정. Initial Interface 기능은 더 이상 필요하지 않습니다. 레벨셋 또는 위상 필드 함수의 초기 분포는 Phase Initialization 해석 단계에서 해석됩니다.

Initial Values, Fluid 2 기능에 대한 설정. Initial Interface 기능은 더 이상 필요하지 않습니다. 레벨셋 또는 위상 필드 함수의 초기 분포는 Phase Initialization 해석 단계에서 해석됩니다



New Tutorial Models


CFD 모듈에 몇 가지 새로운 튜토리얼 모델을 제공합니다.

Droplet Rising Through a Suspension

두 개의 투명한 유체 층 사이에 위치한 고밀도 현탁액을 통해 떠오르는 기름 방울.

두 개의 투명한 유체 층 사이에 위치한 고밀도 현탁액을 통해 떠오르는 기름 방울.

Polymer Electrolyte Membrane Electrolyzer

고분자 전해질 막 전해조(polymer electrolyte membrane electrolyzer)에서 산소의 부피 분율.

고분자 전해질 막 전해조(polymer electrolyte membrane electrolyzer)에서 산소의 부피 분율.


Dam Breaking on a Column, Shallow Water Equations

기둥에 대한 물결의 영향; 천해 방정식 시뮬레이션.

기둥에 대한 물결의 영향; 천해 방정식 시뮬레이션.

Tsunami Runup onto a Complex 3D Beach, Monai Valley

해변의 쓰나미 폭등; 천해 방정식 시뮬레이션.

해변의 쓰나미 폭등; 천해 방정식 시뮬레이션.