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물리
이 단원에서는 다음 항목을 통해 모듈에서의 이론과 모델링을 설명합니다.
스칼라 수송 방정식
화학종(Species) 모듈에서 Creo Flow Analysis가 임의의 사용자 정의 스칼라에 대한 수송 방정식의 해를 구합니다. 임의 스칼라 의 경우 일반 수송 방정식의 형식은 다음과 같습니다.
여기서 및 은 각각 스칼라 에 대한 사용자 지정 확산 계수, 터뷸런스 슈미트 수 및 소스 항입니다. 여기서 은 등방성으로 간주됩니다. 직접 지정한 값이나 사용자 정의 함수일 수 있습니다. 도 지정한 값 또는 사용자 정의 함수인 지정된 슈미트 수를 통해 간접적으로 결정됩니다. 터뷸런스 슈미트 수 은 사용자가 지정한 상수로 기본값은 1입니다. 소스 항 은 계산 도메인에 부피당 소스 또는 전체 소스 형식으로 있는 상수 또는 사용자 정의 함수입니다.
화학종 모듈을 선택하면 스칼라 방정식이 하나만 추가됩니다. 스칼라의 경우 이 모듈은 만큼 선택되어야 하며 각 화학종에는 서로 다른 이름을 지정해야 합니다.
방정식 2.376은 일반 스칼라 방정식입니다. 스칼라 수송이나 표준 모듈 중 임의 또는 모두에 대한 덧셈으로만 이 방정식의 해를 구할 수 있습니다. 확산과 소스 항은 상수 값 또는 사용자 정의 함수의 사용자 입력에 의해 결정되므로, 일반 스칼라 수송 방정식을 사용하면 터뷸런스 및 연소 모델과 같은 새 물리적 모델을 개발할 수 있습니다. 이 방정식은 해당 방정식의 일부 항으로만 구성된 축소된 형식으로도 사용될 수 있습니다. 다음과 같은 예가 제공됩니다.
• 푸아송 및 라플라스 방정식
안정 상태 모드에서 대류 유량의 해를 구하지 않았거나 대류 유량이 상수를 유지하는 경우 방정식 2.376이 확산 전용 문제로 축소됩니다.
또한 터뷸런스 확산이 무시되고( 또는 ) 이 상수인 경우 방정식 2.376이 푸아송 방정식이 됩니다.
그리고 일 때 스칼라 방정식 2.376을 추가로 라플라스 방정식에 더합니다.
대부분의 응용 분야에서 은 부피 충전 밀도()로 대체되고, 이 유전율()인 경우 방정식 2.376이 전기장에서 전위()를 계산하는 데 적용될 수 있습니다.
• 대류 수송
확산 항( 및 또는 )이 없으면 방정식 2.376이 다음으로 축소됩니다.
방정식 2.376을 사용하여 위상이 비혼합인 다상 흐름에서 위상 부피 분율()의 수송을 모델링할 수 있습니다(다상 모듈 참조).
및 인 경우 방정식 2.376은 비점성 흐름에 대한 오일러 방정식을 나타냅니다.
경계 조건
사용자 정의 스칼라는 물리적 수량입니다. 따라서 경계 조건은 흐름 경계 조건으로 정의되지 않습니다. 예를 들어, 흐름 유입구 경계는 스칼라 에 대해 완전히 다른 것을 의미할 수 있습니다. 따라서 일반 스칼라 수송 방정식의 경우 선택한 물리적 경계에 대해 정의된 모든 경계 유형을 적용할 수 있습니다.
이 로컬 경계 서피스에 수직인 단위 벡터인 경우 단위 면적당 질량 유량의 일반 표현식은 다음과 같습니다.
이송 및 확산이 모두 경계에 있는 경우입니다.
스칼라 수송의 경우는 은 경계에서 물리적 도메인을 나가거나 들어가는 단위 면적당 유량을 나타냅니다. 응용 분야에 따라 이 일반 공식에서 다음 일반 경계 조건이 파생됩니다.
• 제로 유량
경계에 대한(수직) 단위 면적당 유량은 0에서 지정됩니다. 제로 유량 조건()에서 대류 및 확산 유량은 정확하게 균형을 유지해야 합니다.
즉, 한 항이 0이면 다른 항도 0이어야 합니다. 예를 들어, 솔리드(벽) 경계에서 이 0이 아닐 수 있지만 서피스에 대한 수직 속도가 0인 경우()가 있습니다. 방정식 2.376에서 제약 조건을 충족하려면 해당 경계의 스칼라 기울기가 0이어야 합니다().
Creo Flow Analysis에서는 벽의 제로 유량이 스칼라 에 대한 기본 경계 조건입니다.
• 지정한 값
지정한 값은 경계의 스칼라 값 이 의 사용자 입력 값에 의해 직접 결정되는 경계 조건입니다.
Creo Flow Analysis에서는 흐름 유입구의 지정된 상수 값이 에 대한 기본 경계 조건입니다.
• 대칭
대칭 경계 조건의 경우 스칼라 에 대해 경계에 대한 0 수직 기울기가 적용됩니다.
Creo Flow Analysis에서는 흐름 대칭 경계의 대칭도 의 기본 경계 조건입니다.
• 배출구
배출구는 흐름이 도메인에서 나가거나 도메인에 들어올 것으로 예상되는 오프닝의 경계 조건으로 사용됩니다. 흐름의 저항기 또는 축전기나 지정된 압력 배출구의 경우 이는 스칼라 에 대한 기본 조건입니다.
배출구 경계에서 필수 입력은 스칼라 에 대해 지정된 값입니다. 에 적용되는 실제 경계 조건은 흐름 조건에 따라 달라집니다.
◦ 도메인에서 나가는 흐름 - 흐름이 역흐름을 통해 유입구에서 또는 배출구에서 계산 도메인을 나갈 때 경계에서 0 기울기가 가정됩니다.
◦ 도메인에 들어오는 흐름 - 흐름이 역흐름을 통해 배출구에서 또는 유입구에서 계산 도메인에 들어올 때 경계에 지정된 값이 적용됩니다.
• 대류 유량
경계에서 단위 면적당 의 대류 유량()은 스칼라() 및 교환 계수()의 외부 주변 값 함수로 결정됩니다.
여기서 및 은 사용자 입력 매개 변수입니다. 교환 계수 의 단위는 입니다. 알려진 대류 유량 에서 경계 값 은 방정식 2.376에서 구합니다.
• 지정된 스칼라 유량
이 경계 조건에서 스칼라의 유량은 다음 두 가지 방법으로 지정됩니다.
◦ 면적당 유량 - 방정식 2.376에서 단위 면적당 스칼라 유량 은 사용자 입력에 의해 상수 값 또는 사용자 정의 함수로 지정됩니다.
그런 다음 방정식 2.376에서 을 흐름 조건을 기준으로 구합니다.
◦ 전체 유량 - 전체 스칼라 유량은 사용자 입력을 통해 상수 값 또는 사용자 정의 함수로 인식됩니다.
여기서 은 지정된 총 스칼라 유량이며 은 총 경계 면적입니다. 그러면 흐름 조건을 기준으로 방정식 2.376에서 을 구합니다.
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