전산유체역학 보고서,CFD

소개글

전산유체역학 보고서,CFD에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Introduction

2. Result

3. Discussion

본문내용

유 체 역 학

Edison CFD의 활용을 통한
전산유체역학 시뮬레이션
1. Introduction
① 문제 개요
- 두께가 다른 익형을 사용하여 받음각 변화에 따른 시뮬레이션 결과를 이용하여 공력계수, 익형 표면의 압력 분포, 익형 주위의 압력 분포와 Streamline과 벡터를 이용하여 박리 위치를 확인.
② 방법론
-Edison CFD Portal에 연결하여 대상 격자(NACA 0012 & NACA0006)를 생성하고, 경계조건과 지배 방정식을 적용하여 시뮬레이션을 수행한다.
③ 계산유동조건
- Airfoil : NACA0012 & NACA0006
Ma：0.75
Re : 1.0e6
AOA :
Flow Type : Laminar Flow
Steadiness : steady Flow
비 점성 유동
압축성 유동
2. Result
① XY graph (X:반복계산횟수, Y:Cl)
받음각에 따른 양력계수의 그래프를 관찰해보면 선형적으로 증가 하다가 일정 각도 이후로는 다시 감소하는것을 확인할 수 있다.
② XY graph (X:받음각 , Y:Cd)
항공역학 p.323의 그림 4.11과 실험결과를 비교해보면, 그림 4. 11에서는 0도 근처에서 제일 작은값을 가지며 이후 받음각에 따라 증가하는 것을 볼 수 있으며, 실험 결과 또한 유사한 진행을 하고 있는 것을 확인할 수 있다.
③ XY graph (X:받음각, Y:Cm)
받음각에 대한 모멘트 계수의 변화를 살펴보면 모멘트 계수가 0근처에서 머무는 것을 볼 수 있다. 항공역학 p.323에 나와있는 그래프와는 값의 오차가 발생하였지만 0에 가까운 값으로 나오는 것을 확인 할 수 있다.
④ 각 조건에 따른 실속받음각 및 최대양력계수
1) Ma = 0.3
< 표 1 받음각에 대한 양력계수 값(1) >
받음각
양력계수
0
0.00027
2
0.142189
4
0.267874
6
0.372276
8
0.450229
10
0.501565
12
0.528299
14
0.536195
16
0.529243
약 14˚를 지나면서 양력계수가 감소하게 되고
최대양력계수는 약 0.5362가 된다.
2) Ma = 0.6
< 표 2 받음각에 대한 양력계수 값(2) >
받음각
양력계수
0
0.000006
2
0.192287
4
0.363030
6
0.498432
8
0.587394
10
0.625145
12
0.623205
14
0.604479
16
0.583582
약 10˚를 지나면서 양력계수가 감소하게 되고
최대양력계수는 약 0.6251이 된다.
⑤ Cp 곡선 at M=0.3, α=0º
⑥ Cp 곡선 at M=0.3, α=16º
⑦ Cp 곡선 at M=0.6, α=16º
압력계수는 로 구하며 무차원 수이다. 그래프에서 가로축은 airfoil의 가로방향 위치에 해당하며 대부분 앞전 쪽에서 높은 압력계수를 가지며 airfoil의 뒷전 쪽으로 갈수록 압력 계수가 감소 하는 것을 확인할 수 있다. 이는 유동이 airfoil의 앞전 쪽에 많이 접해지는 것으로 생각 된다.
⑧ u-velocity contour at M=0.6, α=16º
그림 10은 속도의 u성분의 분포이다. 먼저 앞전 쪽을 살펴보면 붉은색을 볼수 있는데 이는 압력계수 그래프에서 앞전쪽에서 높은 압력계수를 갖는것과 비슷한 의미로 볼 수 있다. airfoil의 뒤쪽으로 가면 유선이 airfoil을 따라 가지 못하고 떨어져 나가는 것을 볼 수 있는데 이는 받음각이 실속 받음각 이상의 각도에서 발생하는 유동의 박리 현상으로 볼 수 있다. 또한 뒷전 쪽으로 갈수록 색깔이 파란색으로 변하는데 이는 압력계수의 그래프에서 뒷전 쪽으로 갈수록 압력계수가 감소 하는것과 같은 의미로 볼 수 있다고 생각한다.
⑨ velocity vector at M=0.6, α=16º
그림 11은 속도 벡터에 관한 그림으로 그림상에서는 벡터의 화살표 방향이나 크기가 자세하게 나오지는 않지만 초록색으로 밀집되어 있는 부분으로 벡터가 집중되는 것을 볼 수 있다.
airfoil의 앞전 윗면을 살펴보면 압력계수가 가장 높은 지점으로 벡터 또한 많이 집중되는 것을 볼 수 있다.
3. Discussion
양력계수와 받음각의 관계는 양력계수가 받음각에 따라 선형적으로 비례하는 관계를 가지고 있다. 이는 받음각에 따라 양항비가 증가하여 최대값에 도달하게 된다. 하지만 최대양력계수 이후로는 실속상태가 일어나 airfoil 주변 유동의 박리가 일어나게 되면서 양력계수는 다시 감소하게 된다. 항력계수는 2차함수의 형상을 그리면서 진행하게 되고 모멘트 계수는 일정한 값에서 수렴하게 된다. 실제 시뮬레이션에서도 이러한 결과를 확인할 수 있었으며, 실속각 이후의 받음각에서 유동의 박리현상 또한 직관적으로 확인할 수 있었다. 또한 주어진 조건에서 airfoil에 작용하는 압력의 분포도 확인할 수 있었다.
전산유체역학 시뮬레이션을 통해서 손으로는 풀 수 없엇던 유체역학 계산을 컴퓨터를 이용해서 손쉽게 결과를 확인할 수 있었다. 비록 간단한 경계조건과 지배방정식을 사용하였지만, 이론으로 듣던 결과를 직접 볼 수 있어서 이해하는데 더 도움이 되었다.

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