정사각형 수조 진동대실험에 대한 상관해석

손일민,김재민,최형석,백은림 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.1

이 연구에서는 유체저장탱크의 내진 설계 고도화에 활용하기 위하여 정사각형 수조의 슬러싱 진동대실험에 대한 상관해석을 수행 하였다. 이를 위하여 CFD 프로그램인 ANSYS CFX를 이용하였다. CFD 해석 프로그램 검증을 위해 슬러싱 공진이 발생하는 운동에 대한 해석 모델의 요소크기 및 난류모델에 대한 슬러싱응답의 민감도해석을 수행하였다. 그 결과, 수직방향 요소크기 뿐만 아니라 수평방향 요소크기에 따라 수위 예측에 민감한 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 또한, SST 난류모델을 사용한 CFD해석 결과가 실험 결과와 매우 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 이로부터 결정된 CFX 해석모델을 사용하여, 가진 주파수와 가진 진폭이 다른 3가지 실험 결과에 대하여 상관해석을 수행하였다. 그 결과, CFD해석모델을 사용하여 지진해석을 수행할 경우, 슬러싱응답이 실험 결과와 매우 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. In this study, a post-correlation analysis for shaking table test of square water storage tank is presented for the use of advances in earthquake-resistant design of liquid storage tank. For this purpose, the ANSYS CFX program is selected for the CFD analysis. Sensitivity analysis for resonant sloshing motion in terms of grid size and turbulence model suggested that (1) horizontal grid size as well as vertical grid size is a key variable in the sloshing analysis, and (2) the SST turbulence model is best for the sloshing analysis. Finally, correlation analyses for a non-resonant harmonic input and scaled earthquake excitation of the El Centro (1940) NS component are carried out using the grid and turbulence model established through the post-correlation analysis for the resonant motion. As a result, sloshing time histories by the CFD analysis agreed very well with the test results.

CFD/CSD Coupled Analysis for Flapping Wing using Three-dimensional Co-rotational Beam Analysis with Warping Degree of Freedom

조해성,이남훈,신상준,이승수 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4

본 논문에서는 플래핑 날개에 대한 전산유체해석(CFD)과 전산구조해석(CSD)의 결합 해석을 수행하였다. 예조건화된 RANS 방정식을 지배 방정식으로 갖는 전산유체해석을 적용하였다. 전산구조해석을 위해 단면 워핑 자유도를 포함한 3 차원 Co-rotational(CR) 보 해석을 적용하였다. 각각의 공력/구조 해석은 내재적 결합 기법을 적용하여 결합하였고 상하 병진 운동을 하는 NACA 0012 단면의 날개에 대한 해석을 수행하였다. 해석 결과는 선행연구의 결과 및 실험적 결과와 비교하였다. 향후, 판/쉘과 같은 고차의 구조해석을 적용한 유체/구조 결합으로 확장할 예정이다. In this paper, a computational approach to simulate flapping wing by coupling between CFD and CSD is presented. A preconditioned Navier-Stokes solution is used for CFD analysis. For CSD analysis, three-dimensional Co-rotational (CR) beam analysis with a restrained warping degree of freedom is employed. Both analyses are coupled by implicit coupling methodology. The present results are compared with those obtained in the previous research and those from the experiment. In the future, the present approach will be extended by using the higher order structural analysis, i.e., nonlinear shell finite element.

청소기의 흡입일률 예측을 위한 CFD 해석 자동화

신정호(Jeongho Shin),윤상문(Sang-Moon Yoon),류대호(Dae-Ho Ryoo),김태영(Tae-Young Kim),김수옥(Su-Ok Kim),윤경수(Kyung-Soo Yoon) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.6

This paper introduces the automation of CFD analysis for predicting the suction power of the cyclone-type vacuum cleaner. To develop a new vacuum cleaner with the desired performance, 3 steps including the detail design, making engineering sample and the measurement of its performance must be repeated several times. It takes so much time and cost to make engineering samples. Therefore the process of trial and error results in much loss of the total production cost and the developing time. Instead of the predicting the performance from the engineering sample, CFD analysis can be applied and reduce the number of trials. However, it also takes so much time for the field engineers to learn and apply CFD analysis. Most of them are not familiar with CFD analysis, but familiar with CAD systems. So the new interface that enables the automated CFD analysis in CAD environment has been developed. With the help of this interface, users can apply CFD analysis to predict the suction power using the CAD model which is very familiar with them. The developed system asks the user the minimal input for CFD analysis and shows the processed final result from the automated CFD analysis in the background. It is illustrated that the automated CFD interface can contribute to reducing the total developing time through predicting the performance in advance.

CFD에 의한 자세변화가 큰 선박의 저항성능 해석

김현수,박동우,양영준 해양환경안전학회 2019 해양환경안전학회지 Vol.25 No.7

This research presents an efficient method based on computational fluid dynamics (CFD) for estimating the resistance performance of a ship with a large settlement amount and a dynamic trim. The settlement of the inviscid flow analysis and the results of dynamic trim were used to set a large attitude for the ship prior to performing a viscous flow analysis; a viscous flow analysis was subsequently performed by Dynamic Fluid Body Interaction (DFBI). This method is termed as method I, in which a simple grating system can be used without employing the overset mesh technique by setting many attitudes before interpretation. Thus, method I is advantageous in reducing calculation time and improving calculation accuracy. The viscous flow analysis was performed using a commercial CFD code STAR-CCM+. Compared with the final convergence result, the first viscous flow analysis result of method I exhibited a variation of less than 1% of resistance. The result was obtained by changing the gratings each time an attitude is changed at each calculation stage, based on the DFBI method provided to STAR-CCM+ using a simple grating system, which is not a superposed grating. This method is termed as method II. Compared with method II of resistance, method I exhibited a difference of 0.03–0.6% for linear velocity. The results of method I were confirmed to be qualitatively and quantitatively appropriate through comparison with several trillion simulations. 본 연구에서는 큰 침하량과 동적트림을 가지는 선박에 대하여 전산유체역학(CFD)을 기반으로 하여 효율적인 저항성능 추정 방법을 제시하였다. 본 방법에서 효율적이라 함은 점성 유동해석 이전에 비 점성 유동해석의 침하량과 동적트림 결과를 이용하여 선박의 큰 자세를 설정하고 DFBI(Dynamic Fluid Body Interaction) 방법에 의한 점성 유동해석을 수행한 것이다. 본 방법을 방법I로 명하였다. 방법I는 해석 전에 큰 자세를 설정함으로 인해 중첩격자(Overset Mesh) 기법을 사용하지 않는 단순한 격자시스템(Fig. 3 참고)을 사용하면 된다. 이로 인해 방법I는 계산시간 단축 및 계산의 정도를 높일 수 있는 장점이 있다. 점성 유동해석은 상용 CFD 코드인 STAR-CCM+를 사용하였다. 방법I의 첫 번째 점성 유동해석 결과는 최종 수렴된 결과와 비교하였을 때 저항 값에서 최대 1% 내에서 차이를 보임을 확인 하였다. 중첩격자가 아닌 단순 격자시스템에 의한 STAR-CCM+에서 제공하는 DFBI 기법을 활용하여 계산단계 별로 변화된 자세에 대하여 매번 격자를 변경하여 수렴된 결과를 도출하였다. 본 방법을 방법II로 명하였다. 방법II의 저항 값과 비교하였을 때 방법I은 선속에 따라 0.03%~0.6%의 차이를 보였다. 방법I의 결과는 수조모형시험과의 비교를 통해서 정성적 그리고 정량적으로 타당함을 확인하였다.

파력발전용 비대칭 로터의 비선형 종동요 운동을 고려한 연간발전량 산출에 관한 연구

하윤진(Yoon-Jin Ha),박지용(Ji Yong Park),김경환(Kyong-Hwan Kim),신승호(Seung Ho Shin) 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.7

본 연구에서는 별도의 CFD 해석을 이용하여 주파수영역해석에 의한 비대칭 WEC 로터의 추정된 연간발전량을 보정하는 연구를 수행하였다. 파고변화에 따른 CFD 해석에서는 파고가 증가함에 따라 입사파의 파고로 무차원화된 로터의 운동 크기가 감소하고 로터의 종동요 공진파 주기가 이동하는 현상이 발생하였다. 따라서 선형가정으로 이뤄진 주파수영역해석에 의한 추정된 연간발전량은 다소 과도하게 추정될 수 있기 때문에 CFD 해석결과로부터 그 추정된 연간발전량을 수정하였다. 그 결과로부터 파력발전장치 통합해석 발전량 추정프로그램 개발을 위한 기초자료를 확보하였다. In this study, estimated annual energy production of a asymmetric WEC rotor by a frequency domain analysis was modified using CFD simulations. In the CFD simulation according to wave heights, as increasing wave heights, normalized pitch motions of the rotor by wave heights of incoming waves decrease, and resonance periods of the rotor change in each wave height. The estimated annual energy production of the rotor by the frequency domain analysis was modified from the CFD simulation results, because the annual energy production can be overestimated from the frequency domain analysis based on the linear assumption. The results can be used as fundamental data for development of the establishment of integrated performance tool of wave energy converter

2 차원 제트 엔진 가변 노즐 형상에 대한 열-유동-유연 다물체 연동 해석

은원종,김재원,신상준,권오준,Olivier A. Bauchau 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4

다양한 구성품으로 이루어진 추진기관의 노즐 구조물에서는 고온 고속상태의 복잡한 유동현상과 비선형 거동이 발생한다. 이러한 현상을 정확하게 예측하기 위해서는 유동해석과 다물체 구조해석의 연계해석이 필요하다. 본 논문에서는 노즐의 다양한 구성품들은 다물체 구조물로 모델링하였고, 2차원 노즐의 내부에서 정상 유동 해석을 통하여 노즐 구성품에 작용하는 열 및 압력하중을 계산하였다. 유동 해석의 압력하중 결과를 유연 다물체 동역학 해석 프로그램인 DYMORE에 적용하여 정상상태 유동-다물체 동역학 연동 해석을 수행하였다. 특허 형상의 2차원 노즐에 대하여, 단방향 및 양방향 연동해석을 수행하여 기계적 변형률을 계산하고. MSC.NASTRAN의 열해석을 통한 열 변형률 결과를 합산하여 전체 변형률에 대한 결과를 확인하였다. In order to analyze complex behavior of an engine nozzle, coupled analysis will be generally required between fluid and multibody dynamics. In this paper, various components in the nozzle were modeled as flexible multibody components. Then temperature and pressure on the nozzle wall were predicted by the steady-state CFD flow analysis for the two-dimensional nozzle. Nonlinear multibody dynamic analysis was performed by using DYMORE. For the coupled analysis, the two-dimensional patent nozzle configurations were selected. And, then the one-way and both-way coupled analysis was performed. Heat conduction and thermal analysis were also conducted by MSC.NASTRAN. Finally, total strain results were obtained as a summation of the mechanical and thermal strain components.

CFD 해석에 의한 산악지형의 풍속할증 영향에 관한 연구

조강표,정승환,박강근 한국풍공학회 2008 한국풍공학회지 Vol.12 No.3

Wind speed-up effects due to topography for isolated three-dimensional hills are investigated by performing computational fluid dynamics (CFD) analysis. In the CFD analysis, four hill models having four different slopes are taken into account, and topographic factors for three-dimensional hills are estimated for the along-wind and crosswind directions. Also, the results of the CFD analysis about wind speed-up are compared with those from not only the wind tunnel experiment, but also Korean and international standards. In the CFD analysis, very large wind speed-up occurred near the crest of a hill, and wind speed increased about 48% to 56%. At various locations on the hillside and at the foot of a hill in along-wind direction, wind speed increased slightly or decreased, however at the same levels in the crosswind direction, wind speed increased. In the crosswind direction, the wind speed increased about 31% to 50% on the hillside at the mid-height of a hill, and about 19% to 27% at the foot of a hill. In the study, the difference between topographic factors obtained from the CFD analysis and those from the wind tunnel experiment ranged approximately from 3% to 8%, and the effect of topography on wind speed-up near the foot of a hill in the crosswind direction was not negligible.

항공기용 ACM 원심압축기의 전산유체해석 및 실험 비교 연구

김재훈,김정엽,이균호,김경수,안성민,백승윤,조재필 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

항공기는 고도에 따라 수시로 압력과 온도가 변화하기 때문에 이를 제어하기 위한 환경 제어 시스템이 필요하다. 환경 제어 시스템의 핵심 부품인 ACM(Air Cycle Machine)은 엔진으로부터 유입된 고온의 공기를 역 브레이튼 사이클을 이용해 냉각시켜 기내의 여압과 온도를 조절한다. 본 논문에서는 ACM의 원심압축기 설계 형상을 이용해 모델링하고 전산유체해석을 수행하였다. 또한 전산유체해석을 통해 원심압축기의 성능 특성을 실제 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 전산유체해석을 위해 상용 CFD 소프트웨어인 ANSYS의 Design Modeler, BladeGen, CFX를 이용하였다. Aircraft requires ECS(Environmental Control System) since the change in pressure and temperature from time to time as the aircraft altitude. ACM(Air Cycle Machine) which core part of the ECS controls the temperature and the cabin pressurization using a reverse Brayton cycle for the hot air flowing from the engine. In this paper, performed computational fluid analysis with centrifugal compressor modeling using design shape. In addition, perfomance characteristics of a centrifugal compressor through a computational fluid analysis compared with the actual test results. commercial CFD software ANSYS of Design Modeler, BladeGen, CFX are used for computational fluid dynamics analysis.

전자식 팽창밸브 방사소음 해석

신현장(Hyun Jang Shin) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集A Vol.42 No.9

전자식 팽창 밸브는 에어컨에 사용되는 부품으로 상변화를 일으켜서 고온의 액상이 저온의 습증기로 변화시키는 기능을 하는 부품이다. 이때 히싱노이즈라고 하는 소음이 발생하게 된다. 이 소음을 예측하기 위해서 지금까지는 주로 실험에 의존하였지만 본 연구에서는 FEM해석을 이용해서 소음을 예측하고자 한다. 소음해석을 위해서 먼저 유동해석 수행하였으며 상변화를 고려하기 위한 평형상변화 모델을 사용하였다. 과도 응답 유동 해석을 수행하여 팽창밸브에 작용하는 이극자 성분을 계산하였으며 이를 바탕으로 방사소음을 FEM해석 기법을 이용하여 예측하였다. 해석결과 개폐량이 0.2 mm 때 가장 큰 소음을 발생시키는 것으로 예측되었다. 시간영역에서의 소음 분석을 위해서 과도소음해석을 수행하였고 역시 0.2mm 개폐량에서 가장 큰 소음이 예측되었다. An electronic expansion valve is a component used in air conditioners that causes a phase change from a high-temperature liquid phase to a low-temperature wet phase. With this transition, a hissing noise is generated. Prediction of this noise has thus far been investigated experimentally; however, in this study, finite element method (FEM) analysis is used to predict the noise. For the noise prediction, a flow analysis is first performed, and an equilibrium phase change model is used to consider the phase change. A transient response flow analysis is then performed to calculate the dipole component acting on the expansion valve. Based on this model, the noise can be calculated using FEM analysis. It is calculated that the greatest noise is generated when the opening stroke is 0.2 mm. Transient noise analysis is carried out to evaluate non-periodic noise, and the greatest noise is also predicted at an opening stroke of 0.2 mm.

자동차 배기 매니폴드 피로수명 예측 프로세스 연구

백춘호(Chunho Baek),박창용(Changyoung Park),이점주(Jeomjoo Lee),유승현(SeungHyun Yoo) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2010 No.11

배기 매니폴드는 엔진에서 배출되는 배기가스에 노출된다. 차량이 주행과 정지를 반복함에 따라서 배출되는 배기가스로 인해 배기 매니폴드가 가열과 냉각이 반복된다. 이에 따라서 배기 매니폴드는 열팽창과 수축의 반복으로 인해 크랙이 발생하는 등의 문제가 발생한다. 또한 제품의 보증기간을 만족하기 위해 여러 가지 성능 시험과 해석이 필요하다. 따라서 개발 단계에서 설계에 적용하기 위한 유동해석, 구조해석, 열응력해석, 피로해석이 반드시 필요하게 된다. 본 연구에서는 제품 개발에 적용이 가능하도록 일련의 해석프로세스를 개발하였다. 정확한 열피로 해석을 위해서 유동해석을 통해 예측된 결과를 구조용 해석 모델에 상사시킴을 통해서 열피로 해석을 진행했다. 본 연구에서는 유동해석과 구조 해석의 결과가 상호 연결되어 일련의 해석 프로세스를 성공적으로 구현하였다. 열피로 해석 프로세스 정립을 통하여 기존의 설계 변경 및 개선을 통한 시행착오를 줄이고 시제품의 제작비용의 감소와 제작 기간의 단축 효과 등을 확인하였다.