슈퍼컴퓨팅 M&S 기술지원 최종보고서
지원 제목
배기 및 배진 송풍기의 집진 효율 증대를 위한 유동해석
기업명
대원지에스아이
지원 기간
2019년 6월 1일~2019년 10월 31일
지원담당자
KISTI 가상설계센터 황재순
1. 기술지원 제품개요
배기 장치에서 나오는 이물질 및 분진을 최소화하기 위해서 집진 사이클론을 이용하여 분진 및 입자를 분리 하는 기술을 사용 집진 사이클론의 성능을 향상시키기 위해서 사이클론으로 향하는 배진구의 크기와 출구부 직경을 변화시켜 가면서 집진 성능을 분석2. 기술지원 내용
가. 모델링(3D 설계) ▪ 집진기 내부의 볼트류 및 유동해석 상 불필요한 구조물은 제거 ▪ 출구부 및 분할된 구조물 수정 ▪ 임펠러, 가이드 부의 블레이드 등 공차 부분은 격자량 및 격자 품질 향상을 위해 제거 < 공학해석을 위한 모델 수정 >나. 해석 격자 ▪ 벽면에는 해석의 정확도를 높이기 위해 경계층(layer)을 사용 ▪ 사이클론 부의 입자 거동 분석을 위해 조밀한 격자 구성 ▪ 각 case 별로 차이는 있지만 약 2,800만개 정도의 격자를 생성 < 3D 격자 형상 > 다. 해석 경계 조건(내부 유동 해석) ▪ 정상상태(Steady State) 해석 진행 ▪ 임펠러 회전 조건은 MRF 방법을 통해 Rotor부에 적용
▪ Cyclone 부의 Swirl 유동 구현을 위해 SSG RSM(Speziale, Sarker and Gatski Reynolds Stress Model) 적용 ▪ 중력 가속도(9.81 m/s2) 고려 ▪ 임펠러의 회전수는 1,150 rpm으로 일정 ▪ 입, 출구는 대기압 조건을 적용 ▪ 유체 물성은 공기의 물성치를 적용 라. 해석 경계 조건(내부 유동 해석)
▪ 내부 기류 모사 후, 직경별 입자 거동 구현을 위해 1-way Particle Tracking을 수행 ▪ particle의 거동 및 각 토출구(출구/사이클론 출구)에서의 입자 분포를 모니터링 ▪ 10가지 크기(2, 2.5, 3.5, 4.5, 5.5, 6.5, 7.5, 8.5, 9.5, 10 [μm])의 입자를 입구 측에 투입 ▪ particle의 개수는 각각 500개씩 총 5,000개를 투입
3. 기술지원 결과
가. 유동해석 결과 ▪ 아래의 그림에 각 case 별 압력 분포를 비교하여 나타냄 ▪ 전반적으로 case 중앙부 외벽에서 높은 압력이 확인 ▪ case 1과 case 2의 경우 중앙부에서 급격히 낮은 압력이 확인 ▪ 출구부 직경이 넓을수록 중앙부에서의 압력 급감 현상이 완화됨< Case 1 > < Case 2 > < Case 3 > < Case 4 > < 각 Case 별 압력 분포 비교 >
▪ 아래의 그림에 높이 2,240 mm 지점에서의 압력 분포를 나타냄 ▪ 출구부와 연결되는 중앙부위에서 낮은 압력 분포가 확인
▪ 출구 직경이 넓을수록 사이클론 부로 유입되는 압력은 낮아지며, 블레이드 중앙의 개방형 공간에서의 급 감하는 압력이 완화됨
< Case 1 > < Case 2 > < Case 3 > < Case 4 > < 각 Case 별 압력 분포 비교 >
▪ 아래의 그림에 높이 사이클론 단면에서의 속도 벡터를 나타냄
< Case 1 > < Case 2 > < Case 3 > < Case 4 > < 각 Case 별 압력 분포 비교 >
나. 입자해석 결과
▪ 아래의 해석 결과와 같이 particle 토출에 대한 경향성이 확인되지 않음 ▪ 출구부에서의 총 토출량은 case 3 > case 1 > case 2 순으로 나타남
▪ 사이클론 측 출구에서의 총 토출량은 case 2 > case 3 > case 1 순으로 나타남 ▪ 사이클론의 경우 10 μm 이상의 입자에 대한 분리 효율이 있는 것으로 판단
슈퍼컴퓨팅 M&S 기술지원 최종보고서
지원 제목
자외선 살균기의 유체역학 해석
기업명
㈜에코비즈넷
지원 기간
2019년 5월 1일 ~ 2019년 9월 30일
지원담당자
KISTI 가상설계센터 손일엽
1. 기술지원 제품개요
▪ 자외선으로 살균된 용수를 미생물 배양기 배양조 내로 공급하기 위한 자외선 살균기에 대한 유동 해석 ▪ 기존 설계안에 대한 해석 결과를 토대로 살균 효율성이 개선될 수 있는 설계안 도출이 목적2. 기술지원 내용
가. 해석 절차 ▪ 초기 설계안에 대한 유동 해석을 통해 살균기 내부의 유체 거동 경향성 및 거동 시간을 분석 ▪ 초기 설계안에 대한 유동 해석 결과를 통해 살균 노출 시간을 늘릴 수 있는 설계 변경안 제시 ▪ 제시된 설계 변경안에 대한 유동 해석을 수행하고 결과를 비교 분석 나. 해석 모델과 격자 ▪ 해석 대상 모델은 총 4개 케이스 이며 입구, 출구 변경에 따라 구분됨 ▪ 격자는 약 2백7십만개 수준이며 벽면 근처의 경계층 표현을 위해 layer 형태의 격자를 사용 (a) 살균기 내부 형상 (b) 격자 구조 < 살균기 형상 및 격자 구조 > 다. 수치해석/물성/경계조건 ▪ CFD SW : ANSYS FLUENT 19.1 ▪ 물성 : 작동유체는 물이며 FLUENT에서 제공하는 기본 물성치를 사용 ▪ 에너지 전달은 고려하지 않으며 난류 모델은 Realizable k-e 모델 사용 ▪ 경계조건 : 입구-velocity inlet, 출구-pressure ourlet, No-slip wall condition3. 기술지원 결과
가. Case 1 & 2
▪ Case 2는 기존의 Case 1 (Base Case)에서 유출구 (outlet)의 위치를 변경한 것임.
< Case 1, 2 유출구 위치 변경 > ▪ Case 2의 경우 Case 1에 비해 유동 흐름이 매우 균일한 편임을 알 수 있음 ▪ 출구부의 위치를 지지대 뒤쪽으로 이동시킴으로 인해 전체적인 유동 흐름이 변화됨을 알 수 있으며 Case 1에서 유동이 거의 정체되어 있는 지지대 뒷면의 유체가 출구부의 위치를 변경함으로써 유체 흐 름이 원활하게 발생하게 하는 요인이 됨 ▪ Case 1의 경우 유체가 유입구에서 유출구 방향으로 가면서 유동 체류시간이 고르게 분포하지 않는 경 향이 있음. 즉 유입구에서 들어온 유체가 유출구 방향으로 가면서 시간이 흘러 색깔이 Blue에서 Red 로 변화해야 하나 지지판의 영향으로 인해 유동 중 일부가 입구부에서 약간 정체하는 현상이 발견 ▪ Case 2의 경우 유입구를 통해 살균기 내부로 들어온 유체가 비교적 균일하게 출구로 빠져나가며 시간 의 흐름에 따라 역류하거나 특정 구역에서 정체되는 현상은 거의 없음
(a) 유선 비교 (b) 가운데 단면에서의 유속 크기 비교 < Case 1, 2의 유선 및 유속 크기 비교 > 나. Case 3 & 4 ▪ Case 3과 4는 각각 Case 1과 2의 입출구 위치를 바꾸어서 정의한 것이며 그 외의 조건은 모두 동일 ▪ 유입구의 유량은 40 L/min이며 해석에서는 입구부에 유속조건을 부여함(0.2122 m/s) < Case 3과 4의 입출구 위치 > ▪ Case 3의 경우 유체가 유입구에서 유출구 방향으로 가면서 유동 체류시간이 고르게 분포되어 흐르지 않 는 경향이 있음. 즉, 유입구에서 살균기 내로 들어온 유체가 유출구 방향으로 가면서 빠르게 흐르는 부분 과 느리게 흐르는 부분이 혼합되고 유출구에서의 유동이 Case 4 보다는 균일하게 빠져나가는 경향을 보 임 ▪ Case 4의 경우 유입구를 통해 살균기 내부로 들어온 유체가 비교적 균일하게 출구로 빠져나가며 출구에 서도 Case 3에 비해 비교적 균일한 분포로 유체가 빠져나감. 그러나 살균기 끝단 구역에서 유체가 정체되 는 구역이 있음. ▪ Case 3의 평균 체류 시간은 24.77초, Case 4의 평균 체류시간은 23.12초로 계산되나 둘 사이의 유동 체류 시간 차이는 큰 의미는 없어 보임.
슈퍼컴퓨팅 M&S 기술지원 최종보고서
지원 제목
풍력 발전용 블레이드의 유동 압력 해석
기업명
㈜코리아로팍스
지원 기간
2019년 5월 1일 ~ 2019년 9월 30일
지원담당자
KISTI 가상설계센터 손일엽
1. 기술지원 제품개요
▪ 저소음 항력식 풍력발전기에 대한 유동 해석으로 블레이드가 바람과 반대 방향으로 회전시에는 틸팅이 되 어 바람의 저항을 최소로 줄이는 점이 핵심 기술임 ▪ 실제 블레이드가 틸팅 되었을 때 풍력 발전기의 출력 및 토크를 예측하고 개선사항을 도출함을 목적2. 기술지원 내용
가. 해석 절차 ▪ 블레이드가 회전하면서 틸팅하는 효과를 구현하기 위해서는 중첩 격자 등을 사용해야 하는 비정상 유동 해석으로 수행해야 하나 본 해석 지원에서는 블레이드가 특정 각도에서 바람에 의해 발생하는 토크 및 출력을 도출함나. 압력분포 ▪ (Forward Blade)바람 방향에 수직인 면의 면적이 넓을수록 압력면과 반대면 사이의 압력 변화가 큼.(토크 발생요인) ▪ (Forward Blade)정면에서 보았을 때 270 → 90도 (1,4사분면) 구간에서 압력 차이에 의한 토크가 발생 ▪ (Backward Blade) 바람 방향에 대해 수직인 면의 면적이 넓을수록 압력면과 반대면 사이의 압력 변화 큼 ▪ (Backward Blade) 정면에서 보았을 때 270→90도 구간(1,4사분면)에서 압력 차이에 의한 토크가 발생하며 Forward Blade에서 발생한 압력 분포와 동일한 경향이 60도 차이로 반복되어 나타남
(a) Forward Blade (b) Backward Blade < 블레이드 주변의 압력 분포 > 다. 속도크기 및 벡터 분포 ▪ (Forward Blade)바람에 대해 블레이드의 수직 면적이 클수록 블레이드 후면의 기류 속도가 급감하고 복잡 해지는 양상을 보임 (270→90도, 1-4사분면) ▪ (Forward Blade)반면 블레이드의 바람에 대한 면적이 작을 경우(틸팅되는 경우)는 블레이드 주변으로 기류 변화가 크지 않음을 알 수 있음 (90→270도, 2-3사분면)
▪ (Backward Blade) Forward Blade 주면의 기류 속도 경향과 마찬가지로 틸팅되어 블레이드 면이 기류의 방 향과 평행할 경우에는 블레이드 주변의 유속 변화가 적음
▪ (Backward Blade) 반면 블레이드가 바람에 수직이 되면 블레이드 주변의 유속 변화가 크게 발생함
▪ (Backward Blade) 60도 주기로 같은 형상을 가지고 있으므로 60도마다 동일한 유속 패턴이 반복되어 나타 남
(a) Forward Blade (b) Backward Blade < 블레이드 주변의 공기유속 벡터 분포 >
라. 블레이드에 걸리는 압력분포
▪ 바람의 방향과 평행하게 블레이드가 틸팅이 되는 경우 압력과 전단응력 모두 낮게 예측됨
▪ 0도, 60도 : 두 번의 큰 압력이 블레이드에 작용, 30도, 90도 : 한 번의 큰 압력이 블레이드에 작용
(a) Forward Blade 1 (0도) (b) Backward Blade 3 (0도)
다. 해석 격자 ▪ 격자 타입은 형상에 따라 사면체(tetra)와 오면체(prism)를 혼용하여 사용 ▪ 유동속도가 빠르고 유동패턴이 복잡한 영역에 격자를 조밀하게 생성 ▪ 벽면에는 해석의 정확도를 높이기 위해 경계층(layer)을 사용 ▪ 유동해석에 사용된 총 격자수는 case에 따라 조금씩 차이가 있지만 약 720만 개 수준 < 3D 격자 형상 > 라. 해석 경계 조건 ▪ 유동해석 소프트웨어는 ANSYS Fluent 18.2 버전 사용 ▪ 난류 모델은 Realizable k-ε 난류 모델 적용 ▪ 작동 유체는 소프트웨어에서 제공하는 공기의 물성치를 사용하였고 이상기체 상태 방정식 적용 ▪ 시간의 흐름을 고려하지 않은 정상상태 해석을 수행 ▪ 증발현상을 정확히 모사하기 위해서 중력 가속도를 적용
▪ 다상(multi-phase) 현상을 모사하기 위해서 DPM(discrete phase model) 사용 ▪ 입구 인 furnace 측은 25 mmAq의 압력 조건 적용
3. 기술지원 결과
가. 유동해석 결과 ▪ 아래의 그림에 각 case의 속도 분포 결과를 나타냄 ▪ 흡입 압력이 대기압인 case 1, 2, 3의 경우 아연 자유 표면과 내피와의 높이가 낮아짐에 따라 배풍기 측으 로 흐르는 유속이 증가 ▪ 상대적으로 case 2의 결과에 정체 영역이 적게 분포함을 확인 ▪ 출구 측 흡입 조건에 따라 내부 유동 패턴도 변화하지만 큰 차이는 보이지 않음< Case 1 > < Case 2 > < Case 3 >
▪ 아래의 그림에 각 case 별 particle tracking 분포 결과를 나타냄
▪ 자유표면과의 높이가 높을수록 furnace 측으로 토출되는 아연증기 입자가 증가하는 것을 확인 ▪ 흡입 압력이 증가한다 하더라도 유사한 유동 패턴 발생
▪ 후면에서는 유동의 재순환에 의해 정체된 입자는 발견되나 furnace 측으로 토출되는 입자는 없음
< Case 1 > < Case 2 > < Case 3 >
< Case 4 > < Case 5 > < Case 6 > < Particle tracking 분포 >
▪ 아래의 표에 particle tracking을 통한 아연 증기 입자수의 토출량 및 유동장내 잔류량을 나타냄
Outlet condition Case no. Outlet(배풍기) Inlet(furnace) 내부 잔류 Total
슈퍼컴퓨팅 M&S 기술지원 최종보고서
지원 제목
산업용 미생물 배양기의 효율 향상을 위한 유동 해석
기업명
㈜씨엔에스
지원 기간
2019년 5월 1일 ~ 2019년 12월 30일
지원담당자
KISTI 가상설계센터 손일엽
1. 기술지원 제품개요
▪ 산업용 미생물을 배양시키는 배양 챔버로서 배양액을 담는 탱크(챔버), 임펠러, 산소를 공급하는 스파저로 구성되어 있음. ▪ 임펠러의 속도와 챔버의 크기에 따라 스파저에서 수면까지 도달하는 공기(산소)의 평균 체류시간 및 배양 액 내의 공기 농도를 분석함2. 기술지원 내용
가. 해석 절차 ▪ 총 2개의 배양조(100, 1000 L)에 대해 각각 3가지 임펠러 회전속도를 적용함. (총 6개의 해석 케이스) ▪ 배양액의 유동은 정상상태를 가정하며 임펠러의 회전 운동은 MRF(다중참조프래임) 방법으로 구현 ▪ 스파저에서 나오는 공기는 Discrete Phase Model(DPM)을 사용하여 입자 추적으로 움직임을 모사함3. 기술지원 결과
가. 100L 해석 결과
슈퍼컴퓨팅 M&S 기술지원 최종보고서
지원 제목
레귤레이터 내부 유동 해석을 통한 성능 평가
기업명
㈜단해
지원 기간
2019년 5월 1일 ~ 2019년 11월 30일
지원담당자
KISTI 가상설계센터 손일엽
1. 기술지원 제품개요
일반 공장에서 많이 사용되는 압축공기 유량 조절 장치로써 고압, 고속의 공기를 적절하게 공급해주는 장치2. 기술지원 내용
가. 해석 케이스 분류 ▪ 본 해석은 레귤레이터의 내부 유동 특성을 조사함으로써 레귤레이터 내부 압축 공기 흐름의 경향성을 분 석하고 내부 유로의 구조물 변경(정압관 길이 변화)에 따른 공기 유동의 변화를 분석하여 압력변화가 적 은 레귤레이터를 설계하는데 있어 기초 자료를 얻는 것이 목적 ▪ 레귤레이터로 들어가는 공기의 조건(입구조건)과 나오는 토출 공기의 조건(출구조건)을 지정하고 입출구 조건 변화에 따른 유동 특성(유속, 밀도, 압력 등)을 분석함.▪ 해석에 사용된 SW는 ANSYS CFX v19.2이며 격자는 ANSYS Meshing으로 수행
(a) 열화상 카메라로 측정한 헤드셋 온도분포 (b) 해석 영역 < 헤드셋 어셈블리와 CFD 해석 영역 >
3. 기술지원 결과
가. Case 1 (Base Case)
< 열전소자 및 인체모델 표면의 온도 분포 >
나. Case 2 and 3
▪ Case 2와 3은 Hot Heat sink부의 구조와 형상을 변경한 것임 (Case 2 : 3개의 주름, Case 3 : 2개의 주름) ▪ Case 1에 비해 Case 2는 30.6%, Case 3는 56.9 % 알루미늄 사용량이 감소됨
나. 해석 격자
3. 기술지원 결과
가. 유동해석 결과 ▪ 아래의 그림에 Phase-2 유체가 유입되는 파이프가 존재하는 단면에서의 체적 분율을 그림으로 나타냄 ▪ 시간이 경과하면서 탱크 내부로 퍼지는 현상을 모사함 ▪ 물성변화에 따라서 내부 유동 특성에 큰 변화는 나타나지 않음 ▪ 4분 경과된 후의 결과에서 나타냈듯이 밀도와 점성계수가 낮을수록 좀 더 빨리 확산되는 것은 확인 가능함< Case 1 > < Case 2 > < Case 3 > < 체적 분율 비교 (range 0.7 ∼ 1) >
▪ 유동 해석결과 큰 차이는 아니지만 밀도와 점성계수가 낮을수록 좀 더 빨리 확산되는 것을 확인
▪ 유입되는 유체인 phase-2가 출구 측에 토출되는 시간은 각각 차이가 있으며 밀도와 점성계수가 낮은 case 3이 가장 먼저 토출되고 상대적으로 밀도와 점성계수가 높은 case 1이 가장 늦게 토출됨을 확인 ▪ 각 case 별로 phase-2가 출구에서 토출된 시간은 case 1은 5분 18초, case 2는 5분 14초, Case 3는 5분 3
슈퍼컴퓨팅 M&S 기술지원 최종보고서
지원 제목
AGS 급속 배양 조건 확인을 위한 유동 해석
기업명
부강테크
지원 기간
2019년 8월 1일~2019년 11월 20일
지원담당자
KISTI 가상설계센터 황재순
1. 기술지원 제품개요
AGS 기술은 하폐수 처리시 활성슬러지(미생물들의 소규모 집합체인 플럭)를 견고한 구조의 고형화된 알갱이 형태인 그래뉼(granule)로 성장시켜 높은 처리효율, 향상된 침전성, 충격부하에 대한 안정성 및 기존 고도처리 공법에 비해 반응조 용적을 1/2 수준으로 줄일 수 있는 경제적인 고도처리 공법이다. 그래뉼 슬러지의 생성을 위한 환경적 인자로는 수리학적 전단력이 있으며, 전단력은 교반기와 산소공급을 위 한 산기관에서 생성된다. 호기조건시 미세기포는 그래뉼 생성과 입자의 크기를 결정하는데 영향을 미치는데, 표면적으로 상향되어지는 공기의 속도가 1.2cm/sec 이상 일 때, 조밀한 그래뉼이 형성된다.나. 해석 격자 ▪ 아래 그림에 각 case에 대한 해석 격자를 나타냄 ▪ 3가지 case 모두 바닥면으로부터 2 m 지점은 자유수면이며 주변에 조밀한 격자계를 구성 ▪ 유동속도가 빠르고 유동패턴이 복잡한 영역에 격자를 조밀하게 생성 ▪ 벽면에 점성효과를 모사하기 위해서 조밀한 격자계 구성 ▪ 유동해석에 사용된 총 격자수는 각 케이스마다 차이는 있음. case 1은 980만 개, case 2는 2,070만 개, case 2-1은 2,500만 개 수준임 < Case 1 > < Case 2 > < Case 2-1 > < 3D 격자 형상 > 다. 해석 경계 조건 ▪ 정상상태 유동해석 수행 ▪ 다상(water, air) 유동 해석 수행
▪ 모든 case에서 water는 Continuous fluid로 설정
▪ Case 1에서 air는 dispersed fluid로 설정하고 case 2와 2-1에서는 Continuous fluid로 설정 ▪ Drag force와 Non-drag force의 계수는 기본 설정으로 해석 수행
▪ Drag force는 Grace로 설정하고 Lift force는 Legendre Magnaudet로 설정 ▪ Case 1의 공기 유입 유량은 0.2 lpm이고 case 2와 2-1의 유량은 0.3 lpm 조건임 ▪ 모델의 아래 방향으로 중력 가속도 적용
나. Case 2 및 case 2-1의 해석 결과 ▪ 아래의 그림에 Case 2의 체적분율과 Case 2-1의 속도벡터를 나타냄 ▪ Case 2와 Case 2-1은 동일한 산기관을 사용하고 있기 때문에 산기관 내부에서의 결과는 거의 유사 ▪ 기업 측에서 예상했던 수조 내부에서의 재순환 유동은 거의 발생하지 않는 것으로 예측됨 < Case 2의 체적 분율 > < Case 2-1의 속도 벡터 > 다. 해석 결과 비교 ▪ 아래의 그림에 3가지 case의 수조 내부 벽면에서의 전단력을 비교함 ▪ Case 1의 수조 내부 벽면 면적 평균 전단력은 0.747 Pa로 예측됨
▪ Case 2 및 Case 2-1의 수조 내부 벽면에서의 전단력은 각각 0.287122 Pa과 0.0796 Pa로 case 1의 약 38%와 10% 수준으로 평가됨
▪ 벽면에서의 전단력을 비교해본 결과 새롭게 설계된 산기관의 경우 Case 1의 산기관을 대체하기에는 부족 한 것으로 판단됨
▪ 산기관 내부로 흡입되는 물의 유량을 증가시킬 수 있는 방안 모색 필요
< 단품 500×1000모델(좌) 및 단품 700×1000모델(우)의 내하중성 결과 >
< 단품 1000×1000모델, 조립품 1000×1000모델 및 조립품 1400×1000모델의 내하중성 결과 >
나. 스틸 그레이팅의 극한응력분포
나. 해석 격자 ▪ Solid로 구성
< Model 1의 요소망 구성 > Nodes: 1,251,838EA, Elements: 176,979EA
< Model 2의 요소망 구성 >
Nodes: 3,924,883EA, Elements: 1,971,789EA
다. 소재 및 물성치 ▪ 일반 구조용 강의 물성치 적용 - E=205GPa, υ = 0.3, σT = 250MPa ▪ 밀도를 조정하여 구조물에 가해지는 총 부담중량 결정 라. 해석 경계 조건 ▪ 하중조건: 자중에 의한 처짐(9.8066m/s2) ▪ 변위조건: 바닥부 부재 고정(fixed) 마. 해석 방안 ▪ 모델링(총 2종) - Model 1(파이프형) → Group 1 - Model 2(채널형) → Group 2 ▪ 기초해석: 기본 추가중량(200kg) 하에서의 해석 수렴성 및 신뢰도 확인 ▪ 변수화 해석
- 각 Group별 임계중량 탐색: Case 01, Case 02, Case 03 …
- 추가중량을 증가시켜가며, 최대응력이 항복응력을 넘어서는 추가중량 확인 ▪ 결과분석
슈퍼컴퓨팅 M&S 기술지원 최종보고서
지원 제목
옥외급수전 열전달 해석
기업명
㈜미래인더스트리
지원 기간
2019년 5월 1일 ~ 2019년 11월 30일
지원담당자
KISTI 가상설계센터 손일엽
1. 기술지원 제품개요
▪ 겨울철 외기 온도와 지중 온도를 통해 급수전의 열전도 분포를 분석하고 각 사양별 관내 물의 온도 변화 를 예측2. 기술지원 내용
가. 해석 절차 ▪ 총 4종의 급수전에 대해 정상상태 열전도 해석을 수행하고 각 부품별 온도 분포를 조사 ▪ 정상상태 해석 결과를 초기조건으로 하여 냉각된 외기 온도를 새로운 경계 조건으로 설정▪ unsteady 계산을 진행하여 시간대 별로 온도 변화를 계산함 (unsteady 계산은 2개의 Case에 대해 수행)
나. 해석 모델과 격자
▪ 해석 대상 급수전은 총 4종이며 Type-A(2종), Type-B(2종)으로 구분됨
▪ 각 Type 별로 길이가 긴 사양과 짧은 사양으로 나뉘며 Type-B는 Type-A에 비해 내부에 단열재질이 있음 ▪ 격자는 총 5,918,172 (element) 사용됨. (7,948,185 #node 기준) (a) Type-A,B 구분 (b) 급수전 4종의 형상 모델 (c ) 격자 생성 < 급수전 형상 모델과 열전도 해석을 위한 격자구조 > 다. 수치해석/물성/경계조건 ▪ 외부의 공기는 ANSYS에서 제공하는 공기 물성치를 사용함. ▪ 지중(흙)의 물성지는 다음과 같음
- 밀도 : 1700 kg/m3, Heat Capacity, Cp : 1800 J/Kg-K, Thermal conductivity : 1.2 W/mK
나. 해석 격자
< Model 1의 요소망 구성(5,280,497EA) > < Model 2의 요소망 구성(6,288,702EA) >
나. 해석결과 비교: 중심단면 속도분포 ▪ 히터의 온도 상승에 따라 외부로 빠져나가는 유속이 증가 ▪ 하부로 공기가 유입되어 상부로 빠져나가는 현상을 관찰할 수 있으며, 좌우 교환은 없음 ▪ Model 2가 Model 1에 비해 단열패키지 내부 및 주위속도가 낮게 나타남 < Model 1 > < Model 2 > 다. 해석결과 비교: Model별 온도예측 결과 비교 ▪ 본 해석에서는 전도와 대류 및 복사를 모두 고려하여야 함 ▪ 열전달 현상이 복합될수록 전체적인 온도가 상승하며, 냉각현상의 지배인자는 자연대류에 의한 공기의 유 입 및 배출로 판단됨 ▪ Model 1은 히팅배럴 전후의 열린부분으로 공기가 배출되어 커버 위의 대류가 상대적으로 약하게 발생하 며, 공기의 유입 및 배출을 방해하도록 구조물을 설계하면 내부온도가 상승하여 에너지 절감에 유리 ▪ Model 2는 Model 1에 비해 내부 공간의 유동이 느리므로 유체 및 온도의 이동이 원활하지 않으며, 공기 의 유입과 배출이 자유롭고 별도의 강제대류가 없으면 측면 및 하부의 단열자는 큰 역할이 없음
< Model 1, 상부 > < Model 1, 측면 > < Model 1, 하부 >
슈퍼컴퓨팅 M&S 기술지원 최종보고서
지원 제목
구조 변경에 따른 부상 분리 시스템 유동 분석
기업명
부강테크
지원 기간
2019년 7월 1일~2019년 9월 30일
지원담당자
KISTI 가상설계센터 황재순
1. 기술지원 제품개요
3. 기술지원 결과
가. 유동해석 결과 ▪ 아래의 그림에 부상분리조 내부의 슬러지 체적 분율과 미세기포 주입구 평면에서의 속도 벡터를 표시 ▪ 부상분리조 내부 슬러지 체적 분율은 슬러지의 양이 다른 case 2의 입구 쪽을 제외하고 거의 동일한 패턴 을 나타냄 ▪ 미세기포 주입구 평면에서의 속도 벡터 역시 모든 case가 거의 유사한 경향을 나타냄(a) Case 1 (b) Case 2 (c) Case 3
(b) Case 4 (e) Case 5 (f) Case 6
< 부상분리조의 슬러지 체적 분율 >
(a) Case 1 (b) Case 2 (c) Case 3
(b) Case 4 (e) Case 5 (f) Case 6
▪ 아래의 표에 부상분리조 유동해석 결과로 도출된 각 출구에서 측정된 유입된 슬러지 대비 토출되는 슬러지 비율 나타냄
슈퍼컴퓨팅 M&S 기술지원 최종보고서
지원 제목
기존 및 트러스 방식 낙석방지울타리 5종 성능비교
기업명
남영산업
지원 기간
2019년 5월 1일~2019년 11월 15일
지원담당자
KISTI 가상설계센터 김호윤
1. 기술지원 제품개요
▪ 낙석방지울타리 구조변경에 따른 성능비교(기존 형상 및 신규 트러스 방식 4종 등 총 5종) ▪ 국토교통부 표준시방서(KCS 11 75 10:2016, 낙석방지울타리) 및 유럽 관련기준(ETAG 27) 준용 ▪ 50kJ의 에너지를 갖는 낙석을 기준으로 낙석방지울타리의 성능평가 수행 ▪ 낙석의 낙석방지울타리에 대한 충돌해석을 통해 충돌에너지 흡수 및 주주의 변형각도 비교2. 기술지원 내용
가. 모델링(3D 설계) ▪ 업체에서 제공한 2D 도면을 바탕으로 3D 모델링 수행 - Model 1: 기존 낙석방지울타리, Model 2: 신규 낙석방지울타리 < 주주, 철망, 철선 및 연결스프링으로 구성된 Model 1 > < 주주와 철선으로 구성된 Model 2 > 나. 해석 격자▪ 낙석방지울타리: 구성 부품의 형상특성에 따라 shell, line, solid를 적절히 사용
< Model 1의 요소망 구성 > Nodes: 52,940EA, Elements: 37,946EA
마. 해석 방안 ▪ Case 구분 - Case 01: 기존 낙석방지울타리 - Case 02~05: 트러스 방식 낙석방지울타리 ▪ Case별 3D 모델링: 낙석 및 낙석방지울타리 ▪ 생성한 모델을 활용, 총 5종의 Case에 대한 해석 수행 ▪ 해석조건 적용 우선순위: 국내지침(KCS 11 75 10) > 유럽지침(ETAG 27) > 관련논문 ▪ Case별 수렴조건 및 해석 종료조건 확정 - 해석 종료조건: 철망에 파손이 발생하거나, 충돌에너지를 모두 흡수할 때 ▪ 50kJ 낙석에 의한 충돌해석 결과분석 및 비교 - 충돌에너지 흡수량: 완전 흡수 - 주주 변형각도: 15˚ 이하
3. 기술지원 결과
가. Case 01 해석결과 ▪ 50kJ의 충돌에너지를 모두 흡수하지 못하고, 철망의 파손(0.08sec) 발생 < Case 01의 변형형상 > < 충돌에너지 및 주주변형각도 변화 > 나. Case 02~05 해석결과: 변형형상 ▪ 트러스형 낙석방지울타리는 충돌에너지 50kJ을 모두 흡수다. Case 02~05 해석결과: 충돌에너지 흡수
▪ 트러스형 낙석방지울타리는 충돌에너지 50kJ을 모두 흡수
< Case 02 > < Case 03 > < Case 04 > < Case 05 > ▪ 제안 형상인 트러스형 제품은 충돌에너지를 모두 흡수: Case 05 > Case 03 ≒ Case 04 > Case 02 ▪ Case 03과 Case 04의 최종적인 충돌에너지 흡수 완료시점은 거의 유사하나, 0.07sec 이후 그래프가 역전
되는 현상이 발생
- 낙석충돌 초기, 즉 철망의 변형이 지배적일 때는 철선의 직경이 큰 Case 04의 흡수율이 우수 - 주주의 변형이 시작되면, 폭이 넓은 Case 03의 흡수율이 우수
라. Case 02~05 해석결과: 주주 변형각도
▪ Case 02는 제한조건인 15° 이상의 변형이 발생하나, Case 03~05는 이러한 조건을 만족함
