CFD - Model 설정

안녕하세요! 이번 주에는 CFD 해석하기 전 Model을 설정하는 부분에 대해서 간단하게 설명드리려고 합니다!

 

저희가 보통 CFD를 이용해서 해석 시 조건에 맞게 적절한 Model을 설정해주어야 하는데요

 

이때 유동의 특성이 층류인지 난류인지에 따라서 적절한 Model을 설정해 줄 수 있습니다.

 

층류와 난류를 구분하는 방법은 레이놀즈 수 에 따라서 구분합니다.

 

레이놀즈 수에 대해서 간단히 말씀드리면 점성력과 관성력의 비로써 이 두 가지 힘을 무차원화 한 값입니다.

 

레이놀즈 수

위와 같은 식으로 정의할 수 있고 유체역학에서는 층류와 난류를 구분하는 매우 중요한 무차원 수입니다.

 

보통 레이놀즈 수가 2100보다 작은 경우 층류, 2100에서 4000 사이는 천이, 4000보다 큰 경우 난류로 판단합니다.

 

따라서 CFD 해석 전 유동의 특성에 따라 레이놀즈 수를 구하고 적절한 모델을 선택하여야 합니다.

 

Models

위와 같이 다양한 Model들이 존재하는데요 여기서 유체 유동을 해석할 시 자주 사용하는 Model에 대해서

 

간단히 설명드리겠습니다!!

---

Laminar : 유동의 특성이 층류, 즉 레이놀즈 수가 2100보다 작은 경우 사용

 

Standard k-epsilon : 유동의 특성이 난류, 즉 레이놀즈 수가 4000보다 큰 경우 사용

                            산업 분야에서 가장 널리 사용되고 있는 모델

                            하지만 큰 압력 구배, 강한 회전 등이 있는 유동에 대해서는 정확도 감소

 

RNG k-epsilon : 유동의 특성이 난류, 즉 레이놀즈 수가 4000보다 큰 경우 사용

                      모델 상수를 Renormalization(재정규화)를 통해 구함

                      표준 k-epsilon 모델보다 조금 더 좋은 결과를 얻을 수 있음

 

Realizable k-epsilon : 유동의 특성이 난류, 즉 레이놀즈 수가 4000보다 큰 경우 사용

                              Realizability 조건을 고려하여 해석

                            k-epsilon 모델 중 가장 정확한 결과를 얻을 수 있음

 

Reynolds stress model : 유동의 특성이 난류, 즉 레이놀즈 수가 4000보다 큰 경우 사용

                                각 방향에 대한 6개의 레이놀즈 응력에 대한 각각의 수송 방정식을 해석하여 결과를 얻음

                                k-epsilon 모델에 비해 해석의 정확성은 높지만 시간이 오래 걸리는 단점이 존재

---

대략 5개 정도의 모델들을 보통 CFD 유동 해석 시 사용하는데요 저는 보통 Realizable k-epsilon을 사용합니다!

 

저희가 일상생활에 접하는 다양한 문제들은 보통 난류이기 때문에 층류인 경우는 잘 사용하지는 않습니다!

 

위의 내용을 통해 CFD 해석 시 도움이 되었으면 좋겠습니다!