최근 CFD 사용 환경에서 겪은 문제(격자 퀄리티 미달) 해결을 위해 학습한 내용을 정리하였다.
특히, ANSYS Meshing의 인터페이스가 익숙하지 않을 뿐 아니라, 활용능력 자체도 떨어졌음을 느꼈다.
이를 극복하기 위해 스터디한 내용을 적는다.
기본 순서는 surface mesh > boundary layer > volume mesh이다.
-. 처음 형상을 로드하고, 기본적인 설정 하에서 mesh 우클릭 > Preview > Surface Mesh
-. 퀄리티를 체크할 수 있다.
-. Clear generated data 눌러서 초기화한다.
-. Preview > Inflation 눌러서 퀄리티를 체크한다
-. update를 눌러 최종적인 volume mesh를 만든다
팁 : Section 칠 때, 축을 잡고(global coordinate axis) 만들면 똑바로 만들 수 있다.
-. Mesh > Display > Style 바꿔서, 격자퀄리티에 의한 contour를 확인할 수 있다.
-. annotation을 통해, 자신이 원하는 각도 뷰를 저장/불러올 수 있다.
-. Home > Report Preview를 통해 meshing과정에서의 모든 정보를 레포트 형식으로 불러올 수 있다.
-. CFX는 node(mesh 한 장의 꼭지점) 기준이라, polyhedral mesh를 만들 수 없다.
더 정확하게는 만들 필요가 없다. solver로 넘길 때 node를 이어서 polyhedral을 만든다
-. Fluent는 cell center의 정보를 저장하므로, polyhedral로 변환할 수 있다.
-. Patch Conforming method를 공부해야 한다(제대로 이해 못함 - 21. 01. 27)
-. defeaturing size는 min size의 절반으로. 자동으로 잡아준다
-. sweep방법 : 형상 우측 클릭 > Method > Sweep 설정
예를 들어 원통이라면, 끝의 원을 source로, 반대쪽 원을 target으로 잡는다.
만약 source를 찍었는데 노란색이 뜬다면, 조건을 불충분하게 선정했다는 것이다.
-. Pyramid 메수는 격자 퀄리티가 안좋기 때문에 쓰면 안된다.
-. Prism이 계산정확도 측면에서 pyramid보다 좋다(참고만)
-. 여러 블록이 붙어있는 경우, 메쉬를 짜는 순서도 최종메쉬에 중요하다.
-. Element size = max size of FACE
-. max size = max size of VOLUME
-. growth rate : 1.2 기본값 > 1.15나 1.1로 줄일 수 있다.
팁: 유체만 있을 땐, proximity의 num cells across gap을 3(기본값)이 아니라 10이상으로 놓는 게 좋다
(유동 속도를 제대로 보려면 해야 함)
Advanced size
-. curvature or min size < minimum edge
팁 : good curvature normal angle 은 9~14deg for CFD
팁 : min size가 1이라면 element size는 50정도, max size는 100정도다
팁 : 격자를 전혀 못짜겠다면? 형상을 불러와서 가장 넓은 영역을 확인한다. 이게 Element size, Max size가 된다
그다음에 가장 좁은 영역을 확인한다. 여기를 Min size로 정한다. 경험이 없다면 가장 작은 영역의 1/4정도를 min size로 잡는다.
팁 : 격자 퀄리티 2종류로 만든 후 각각 계산하여 비교해본다. 계산에 영향을 미치지 않는 충분한 격자인지 확인해야함
-. Inflation : Named Selection한 면들은 Program controlled inflation에 Include로 표시해야 Global setting에 포함된다
-. Smooth transition : 보통 사용하는 기본값
-. First layer thickness : growth rate 유지엔 좋으나, 형상에 따라 품질문제를 야기할 수 있다.
-. Last Aspect Ratio : Smooth + First 합친 거라고 보면 된다. 수렴 잘된다. y+고려해서 짜면 더 좋다.
-. Total thickness : robust and fast하지만, 셀 크기에 따른 차이가 크다
팁 : y+를 계산한 뒤에(구글링하면 계산해주는 웹페이지많음) 난류여부에 따라 first layer thickness를 결정할 수 있다.
1일 수도 있고 30일 수도 있다.
팁 : stair stepped 현상(inflation 장 수가 깎이는 현상) 원인 : face separation 때문이다
해결하는 방법 : 면 잡고 inflation > stairstep 발생
-. View Advanced Options(Inflation) :
1) Maximum angle을 180deg까지 올린다.
2) Gap factor를 0.1로 줄인다.
3) Collision Avoidance를 stairstepping으로 설정한다. (차라리 stairstep이 안 없어지더라도이게 낫다)
-. 예를 들어, 팬을 해석할 때 블레이드 thickness가 1이라면, 1/4인 0.25t이내로 최소값을 잡아야 한다
-. Local mesh control
-. curvature angle을 global setting보다 크게 할 수 없다. 무조건 global보다 작게해야 한다
-. 쉽게 생각해서, local 을 global보다 성기게 짤 수 없다. 당연하게도 성기게 짜면 global 설정이 적용된다
-. face sizing : 표면 사이징 정의용이다. 주변 face와의 격자크기차이를 해소하기 위한 방법으로는 부적절함
-. growth rate의 영향력이 edge sizing의 영향력보다 크다. 이를 뒤바꾸고 싶으면 edge sizing 옵션 중
soft 를 hard로 바꾼다
-. Edge sizing > Bias Factor를 설정할 수 있다. 여기서 Bias Factor는 largest length/smallest length이다.
-. 용어 : Edge는 선이다. Vertice는 점이다.
-. Pinch : Defeaturing with Pinch Control에 쓰인다. Mesh>Pinch>Master, Slave, Tol 설정한다
무시하고 싶은 지저분한 edge(=slave)를 인접한 edge(=master)로 그럴싸하게 뭉개버리는기능임
-. Mesh > advanced > Pinch Tolerance 설정하여 적용할 수 있다.
-. Local inflation 실행 시, Global inflation 기능 중 층수 등은 작동 중지된다.
gap factor와 angle 등 advanced 기능은 유지된다.
-. Mesh quality : hexa가 짱이다. tet, poly보다 좋다.
팁 : CFX의 경우, 격자 품질 체크할 때, Aspect ratio<1000, skewness<0.95, orthogonal quality>0.1이어야 함
팁 : 격자 품질 올리기
1) mesh de-featuring을 적당한 크기로 설정
2) Smoothing 설정
3) Virtual topology 설정. tree 맨 위에서 우클릭 하면 설정 가능
virtual topology properties > project to underlying geometry, behavior : high로 한다
(또 다른 방법은 virtual topology열고, 면찍은 뒤 우클릭 >generate virtual cells on selected entities 클릭
팁 : Mesh Edit에서 Node Move하면, 격자를 마우스로 조정할 수 있다.
-. 솔버에서 퀄리티 확인하는 법 : Fluent의 경우 volume ch<2.5
CFX의 경우 Expansion Factor <2.5
끝. 작업 중 헷갈릴 때마다 확인하자.