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프로그램/ANSYS

ANSYS Fluent 독학 연습 8번째

- 목 적 : 간단한 파이프 열 및 유동 해석
- 설 정 : 건물 내 수도관의 일부로 가정 및 겨울철 조건 설정
- 이 유 : 개인 학습
- 줄거리 : 라이센스 제한 상 기본메쉬로 진행하여 전체적인 동향을 살펴본다. 겨울철에 어떠한 재료를 사용할 경우에 에너지 손실을 대략적이나마 추측할 수 있다. 이번 연습을 뒤로하고 최적화를 위해 다른 재료를 사용하고 보다 현실적인 모델링이 필요하다.

(1) 형상



- DesignModeler
- 지름 10mm
- 길이 1,000mm (지름의 100배)

(2) Mesh


- 기본 메쉬
- nodes : 48,488
- elements : 42,042

(3) 조건

- 중력 : 9.81 m/s
- Models : Energy equation, Laminar
- 유체 : 밀도 1000 kg/m^3, 비열 4200 J/kg-K, 열전도율 0.5 W/m-K, 점성계수 0.005 kg/m-s
- 고체 : 밀도 8500 kg/m^3, 비열 550 J/kg-K, 열전도율 20 W/m-K
- 입구조건 : 속도 1.5 m/s, 대기압, 온도 290K
- 벽조건 : 겨울 온도 273K

(4) 해석


- iterations : 250
- residuals 최고 = 9.8415e-04

(5) 결과

- total pressure : min 259.68, max 4534.052
- velocity magnitude : 2.6377
- total temperature : min 286.13, max 290



(6) CFD Post


크기가 작아서 반경방향으로 20배 키운 velocity streamline


물론, 크기가 작아서 반경방향으로 10배 키운 pressure contuor

아래 chart는 파이프 중앙에 line을 그어서 나타낸 그래프.


길이방향으로 압력변화, 거의 선형적으로 감소.


길이방향으로 속도의 변화 그래프, 속도가 증가한다.


파이프 중앙의 온도변화는 없다. 즉, 1m는 아직 온도변화에 큰 영향을 미치지는 못한다. 하지만, 겨울철로 가정했기에 wall 부근부터는 온도변화가 있다는 것을 앞에서 확인했었다. 이후 더 긴 길이로 해석을 해보았지만, academic 버전이라 실패.

(7) 결론

처음 가정할 때에 겨울철에 건물 내에 있는 직선 파이프로 시작했습니다. 라이센스상 한계로 길이를 1000mm까지만 두고 해석을 진행하였지만, wall 부근의 온도변화만 4도 정도 감소했고 중앙측 유체에는 온도변화가 관찰되지 않았다. 고층 건물의 경우에는 파이프 길이가 상당하기때문에 건물내에서도 온도변화로 인한 에너지 손실이 예상된다. 즉, 여기서는 철과 비슷한 고체로 해석을 진행하였으므로 철과 비슷한 성질의 재료는 사용하지 않는 것이 좋다고 생각된다. 열전도율이 낮은 재료로 파이프를 제작해야되고 파이프는 겉과 접촉하는 단면적을 최소화시키기 위해서 원형이 가장 좋다고 생각된다. 이번 해석에서는 아주 간단한 해석이지만, 온도 및 속도 변화로 보았을 때에 좋지 못한 가정이라는 생각이 든다. 이상! (독학의 한계는 언제쯤 벗어날 수 있을까.)


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