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 난류 유동은 초기 반복 계산 단계에서 안정화하기 어려울 때가 있습니다. CFD-ACE+에는 난류 해석의 수렴을 도울 수 있는 'solution control' 기능이 포함되어 있습니다. 아래 제시된 사례를 살펴보겠습니다.

 

 

 직사각형 덕트로 유입되는 작은 원형 파이프가 있는 형상입니다. 덕트의 Inlet_1 조건은 유속 30m/s, 난류 강도 0.03이며, Inlet_2의 유입 조건은 유속 71.263 m/s, 난류 강도 0.05입니다. 이 해석의 초기 조건은 U 방향 유속 30m/s, 난류 강도 0.1, 소산율(dissipation rate) 0.203으로 설정되었습니다. 이처럼 초기 조건이 적절하지 않은 경우, 완화 계수(relaxation factor)를 기본값으로 사용하면 시뮬레이션이 발산하게 됩니다. 그러나 'Turbulent Start Control' 기능을 사용하면 해석이 수렴할 수 있습니다. 두 경우에 대한 잔차(residual) 그래프는 아래와 같습니다.

 

 

 그렇다면 이 옵션은 어떤 역할을 할까요? 이 옵션은 사용자가 해석 코드에서 계산된 난류 값을 점진적으로 변화(ramp)시킬 수 있도록 해줍니다. 해석 초기 단계에서는 난류 모델을 통해 계산된 유효 점성(effective viscosity) 값이 수렴 문제를 일으키는 경우가 있습니다. 이 방법은 특정 반복 iteration 동안 유효 점성 값을 보다 합리적인 수준으로 유지함으로써, 유동장이 안정적으로 발달할 수 있도록 돕습니다. 일단 유동장이 발달하기 시작하면, 난류 모델은 더 타당한 값과 더욱 정확한 유효 점성을 산출하게 됩니다. 이 기능에는 세 가지 입력 항목이 있습니다.

 

 

Viscosity Ratio : 유효 점성과 층류 점성의 비율
Initial Iterations : 이 항목에 지정된 초기 반복 횟수 동안에는 난류 모델을 통해 계산된 값 대신 유효 점성 값이 적용 됨
Transition Iterations : 난류 모델에서 계산된 값을 선형적으로 적용. 예를 들어, 이 값을 20으로 설정하면, 첫 번째 전환 반복 단계에서는 점성비를 기준으로 계산된 값의 95%와 난류 모델에서 계산된 값의 5%가 사용. 반면, 이 값을 0으로 설정하면 초기 반복 횟수가 종료된 직후부터 난류 모델에서 계산된 값이 즉시 사용.

 

 난류 해석 시 계산이 발산하여 해석을 시작하는 데 어려움이 있다면 이 기능을 활용하여 보시기 바랍니다.