[사용사례] Tecplot Chorus를 통한 CFD 시뮬레이션 분석 단축
글쓴이 : 김화기술    등록일 : 2015-08-24 오후 6:01:11
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Immersed Boundary Method와 Tecplot Chorus를 통한 CFD 시뮬레이션 분석시간 단축



사례연구 : Tecplot Chorus와 KARALIT CFD의 합작으로 진행된 연구는 자유로운 mesh 표현으로 CFD 시뮬레이션 및 분석 시간을 절감하였다.



IB(Immersed Boundary) 방법, CFD 시뮬레이션을 위한 자유로운 mesh 표현기술은 1970년대 이후로부터 지속되어왔다. Navier-Stokes의 방정식을 물체의 형상에 격자에 따라 구현하는 방식에서 벗어나 IB기술은 CAD 모델형태를 형성하고 그리고 그 방정식을 모델의 격자안에 표현 가능하게 해준다.

IB 기술의 분명한 점 하나는 Mesh의 셋업 및 형성에 소요되는 시간을 제거할 수 있다. 또한 형상이 바뀔 때 다시 계산영역을 정하고 re-meshing 하거나 morphing 또한 필요로 하지 않는다. 하지만 이 기술은 효과적인 이 이론을 뒷받침 할 수 있는 이론의 부족으로 인해 아직까지 제대로 구현되지 못하고 있었습니다.


그 안에서 KARALIT이라는 이탈리아에 본사를 둔 떠오르는 신생회사가 이 시간을 절약하는 IB기술의 기반으로 둔 CFD를 제공하고 있습니다. 그리고 이 기술을 단일 환경으로 CFD 후 처리를 돕고 필드 및 메타 데이터 관리 및 분석 소프트웨어인 Tecplot Chorus이 함께 이 기술이 원활하게 구현되도록 도와주고 있습니다.  



그림) Tatuus 레이싱에 적용한 엔진 냉각의 평가를 IB방법을 KARALIT CFD와 Tecplot Chrous으로 구현



위의 연구에서 Rittenberg와 Aliadeh는 자동차의 뒷날개의 모형을 10센치 정도 낮춰 변형시킴으로 성능향상을 평가하는데 1시간 남짓 시간이 걸렸다. 차량 엔진의 냉각을 위한 환기부의 흐름 및 외부 동력 요소 및 공기 역학적인 요소들을 확인하였다.

 “저희는 이 과정을 Tecplot Chorus와 IB 기술을 적절히 융합해서 진행하였습니다. 순서대로 CFD 시뮬레이션 및 분석을 행하는데 있어서 시간을 많이 감소할 수 있었습니다.” Rittenberg씨는 덧붙였습니다. “다시 말하면, 우리는 이 두 가지의 프로그램을 같이 사용하였고, 무수한 해석결과들을 분석할 수 있었으며,  디자인을 위한 결정을 몇 주가 아닌 단 몇 시간만에 할 수 있었습니다”


Alizadeh씨는 형상을 구현하고 해석을 하는데 있어서의 과정을 설명합니다.

“복잡한 형상은 보통 컴퓨터 시뮬레이션에서 grid를 생성합니다. KARALIT의 Grid는 non-isotropic
특성을 가지고 있습니다.” “Grid는 형상이 통과할 때 세밀하고 복잡한 형상에 대한 Boundary의 조건에 대해 알고 있어야 합니다.”


 이 그리드는 기존의 CFD에서 볼 수 없는 세 부분으로 나눌 수 있습니다.

 1. Fluid flow
 2. Boundary Cells
 3. Ghost cells


Ghost cells은 값을 계산하는 동안 필드 값들이 mirror cell에 덧붙여 mirror point에 있는 흐름에 반영되어 나옵니다. 계산하는 동안 구해진 Ghost cell 값들은 정확한 지점에 셋팅이 되어 Boundary의 조건들을 구하는데 사용되어 집니다.

“형상을 구성하고 Boundary Condition의 과정은 모두 시뮬레이션 및 계산과정에서 처리된다는 것을 의미합니다. 그리고 이것은 간단한 일 처리 과정으로 나타납니다. CAD 형상을 code에 삽입하고 (이 경우 SDL로 처리), 간단한 지표들을 셋팅, 해석을 실행시키면 KARALIT은 PLT 파일로 결과값을 추출하게 됩니다. 그리고 이것은 Tecplot으로 인해 다시 불러와질 수 있습니다.



그림) IB방법으로 위 형상을 가진 물체를 Cartesian mesh로 표현하는 과정





Tecplot Chorus를 이용한 결과 분석 과정

시뮬레이션이 구동되면, 결과 값 및 복잡한 형상의 정보들을 Tecplot Chorus로 쉽고 빠르게 불러올 수 있으며 정확하며 다양한 방법으로 비교 분석 또한 동시에 가능합니다. 이미 언급했던 바와 같이 Tecplot Chorus는 강력한 CFD 후처리 소프트웨어와 Metadata 관리 및 분석을 한 환경에서 가능하도록 도와주는 프로그램입니다. 이로써 다양한 대리모델 분석 및 2D, 3D Scatter 분석 및 다른 다양한 분석을 가능하도록 도와주며 몇 주가 걸릴 과정을 몇 시간 만에 가능하도록 만들어 줍니다.


 이 예제에서 Rittenberg씨와 Alizadeh씨는 차량 후방부의 위치에 따른 윙의 바람 압력의 차이에 대해 직관적으로 빠른 결정을 할 수 있도록 도와주었습니다.




그림) Tecplot 360은 레이싱 카의 연속적인 유체의 압력 및 Streamtraces의 흐름을 후방 윙의 위치에 따라 비교 분석하여 보여줍니다.




 “진정한 Chorus의 장점은 다채로운 형태의 디자인의 구성을 볼 수 있으며, 결과 값들의 타당성을 평가하며, 최적의 디자인을 골라 낼 수 있는 것 입니다.” “저희는 번거로운 과정들을 생략할 수 있었습니다. Mesh를 구성 할 필요도 없었고 Macro를 짤 필요도 없으며, Loop들 및 데이터 때문에 난리법석을 떨지 않아도 되었습니다. 단지 디자인을 어떻게 구성할건지에 대한 결정과 그 결과를 지켜보기만 하면 되었습니다.” 라고 Rittenberg씨는 말했다.


 IB 기술과 Tecplot Chorus 두 가지의 툴은 복잡한 표면을 가진 형상을 구현하는데 있어서 가장 효과적인 도구입니다. 하나의 프로젝트 안에서 다양한 관점의 결과들을 macro 나 loop없이 여러분이 원하는 만큼 얻을 수 있습니다. Chorus는 많은 핵심적인 값들을 당신에게 가져다 줄 것입니다.




그림)  Chorus에서 레이싱 자동차의 후방 윙의 위치에 따른 압력을 두 가지의 케이스로 보여주며 비교 분석하고 있는 과정




Chorus와 함께라면 여러분은 굉장히 많은 일을 할 수 있습니다.” Rittenberg씨가 덧붙여 말했다. “다채로운 해석을 다양한 스타일로 구현하며, 각 해석 값과 Delta값 들을 빠르게 얻을 수 있습니다. IB 기술과 Tecplot Chorus은 여러분의 CFD 시뮬레이션 해석과정을 손쉽고 빠른 시간 내에 가능하도록 도와줄 것 입니다.




관련 동영상 보기


KARALIT과 Tecplot Chorus를 이용한 시뮬레이션 과정을 아래의 링크를 통해 확인할 수 있습니다. 이것은 시뮬레이션을 활용하고 참고하는데 있어서 도움을 줄 것 입니다.



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