컨설팅사례 - CFD해석을 통한 전통가옥 공조 및 온열성능에 대한 연구

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CFD해석을 통한 전통가옥 공조 및 온열성능에 대한 연구

deltaes

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2011.06.14 (17:32:22)

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31		Flush Gate 형 슬러지 세척설비 설계최적화 기술용역
			deltaes	14324
		Flush Gate 형 슬러지 세척설비의 CFD 해석을 통한 설계 최적화 기술용역 과제를 수행하였다. 물흘림 게이트를 갖는 슬러지 세척설비의 작동은 아래 그림 1.과 같다. (그림 1. Flush Gate 형 슬러지 세척설비 작동 예) 그림 1. 에서와 같이 좌측에 고여진 물을 정해진 순간 Gate 를 열어줌에 따라 좌측에 고여진 물의 수압에 의해 우측 바닥에 축적된 슬러지 들이 세척되는 원리로 작동되는 설비 이다. 본 flush gate 형 슬러지 세척설비에 대한 CFD 해석을 수행하기 위해 고객사로 부터 받은 자료는 아래와 같다. - 설비 2D CAD 및 탱크 내의 저수량. 상기 문제에 대한 CFD 해석을 위해서 아래와 같은 절차로 진행하였다. 1. Flush Gate 개방은 탱크 수압에 따라 개방각과 각속도 등이 결정 됨. 2. 따라서, CFD 해석 수행 시 탱크 내 유체의 수압과 gate 구조물 형상에 대한 무게를 고려하여 동시 계산함. 이를 위해 유체-구조 연성해석 (FSI, Fluid-Structure interaction) 을 수행하였음. 3. Gate 개방으로 인해 물의 배출되는 현상 해석으로 하류 특정 위치에서 유체속도 분포 및 전단응력 계산 함. FSI 해석을 통해 얻어진 시간에 따른 수문의 개폐각도는 그림 2. 와 같이 결과를 얻을 수 있었다. (그림 2. FSI 해석을 통해 확보된 시간에 따른 수문의 개폐 각도 산출) 상기 결과로 부터 얻을 그래프를 수문의 개폐에 대한 함수로 지정하여 경계조건으로 설정하고 상기 설비에 대한 CFD 해석을 수행한다. 본 해석을 통해 얻어진 결과는 아래 그림 3. 및 그림 4. 와 같다. (그림 3. FSI 해석을 통해 얻어진 수문 개폐각과 이로 인한 토출 유량) (그림 4. FSI 해석을 통한 Flush Gate 형 슬러지 세척설비 하류 특정 위치에서의 전단응력 결과) 상기 결과로 부터 저수된 물의 수압으로 인해 우측하부 바닥에 축적된 슬러지가 충분히 쓸려 내려갈 수 있음을 확인하였다. 기술문의: * Delta ES 고객지원센터 070-8255-6001
30		감속기 내 오일처닝현상에 따른 윤활성능평가
			deltaes	12456
		운송차량 감속기내 기어들의 고속회전에서 발생되는 오일의 적정 윤활 작용성 문제를 규명하고, 감속기 오일의 윤활성능을 개선하기 위하여, 회전하는 감속기 내 오일의 유동특성분석(CFD)을 통한 오일의 비산 현상 등을 해석하여 감속기 내 오일의 윤활성 효율을 향상하기 위한 프로젝트가 진행 되었다. 감속기의 형상은 아래 그림 1. 과 같다. (그림 1. 윤활성능 해석을 위한 감속기 형상) 위 해석을 수행하기 앞서 Test Run을 위해 1개의 기어에 대한 오일 처닝 해석을 수행하였다. 오일처닝에 대한 결과는 그림 2.와 같다. (그림 2. 회전하는 기어에 의한 오일처닝 해석 예) 회전하는 기어 치면을 타고 흐른 오일은 기어의 회전속도에 의해 원심력을 갖으며 상부로 처닝현상이 강하게 발생하고, 이로 이해 흩어진 오일들은 상부의 오일포켓으로 흘러 모이게 되며, 여기 모인 오일들은 정해진 유로를 통해 회전기어의 베어링으로 흘러들어가 윤활성능을 향상시키는 것을 목표로 한다. 본 해석을 수행하기 위해 계산영역을 multi-resolution을 갖는 파티클 시스템을 이용하였고, 각각의 resolution level 들은 공간 차분을 거처 매우 조밀한 시스템을 구성하도록 구현 하였다. 작동중인 감속기 시스템 내 오일처닝에 대한 결과는 아래 그림 3. 과 같이 얻을 수 있었다. (그림 3. 감속기 시스템 내 오일처닝 해석 결과, 오일 분포도) 오일포집과 포집된 오일이 윤활성능 향상을 위해 특정 유로를 통해 베어링에 공급되는 영역은 아래 그림 4. 와 같다. (그림 4. 감속기 내 윤활성능 향상을 위해 오일포집 및 공급위치) 감속기 내 윤활성능 향상을 위해 오일처닝현상을 고려한 CFD 해석을 통해 아래 그림 5. 와 같은 결과를 얻을 수 있었으며, 오일 포집 부분에 대한 설계 변경을 여러차례 수행하여 가장 좋은 설계 형상을 확보할 수 있었다. (그림 5. 오일처닝현상을 고려한 감속기 내 윤활성능 향상 CFD 해석 결과) 상기 자료는 고객사 정보 보안에 따라, 일부 수치와 각종 데이터를 밝히지 못하였습니다. 감속기 내 오일처닝 현상을 고려한 윤활성능 해석에 대한 기술은 당사 고객지원센터로 문의하시기 바랍니다. (주)Delta ES 고객지원센터 070-8255-6001
29		클린룸 부스 내 기류시뮬레이션
			deltaes	14109
		반도체, 디스플레이, 배터리, 제약 및 음식 관련 산업 분야의 클린룸 설비에 대한 성능은 매우 중요하게 부각되고 있다. 최근 미세먼지 등에 대한 사회적 공감대형성에 따라 산업체에서 클린룸 부스 내 이물(파티클, 먼지 등) 에 대한 개선 문제는 제품의 불량을 개선하기 위한 주요 요인 중의 하나로 일찍부터 알려져 왔다. 본 과제는 클린 룸 부스의 커버형상 변경에 따른 클린룸 내 기류 패턴을 분석하여 제품 생산에 적합한 기류패턴을 확보하는데 있다. 클린룸 부스의 형상은 아래 그림 1. 과 같다. (그림 1. 클린룸 부스 형상) 클린 룸 부스 내 공정설비의 형상이 아래 그림 2. 와 같이 변경되었으며, 이로 인해 클린 룸 부스의 기류에 상당한 변화가 발생하였다. (그림 2. 클린 룸 부스 내 PX 커버형상 변경) 클린 룸 부스 내 CFD 해석을 통한 기류 분포는 아래 그림 3. 과 같이 형성된다. (그림 3. 클린 룸 부스 내 기류속도 패턴) 클린 룸 부스 내 좌우 가장자리의 좁은 틈새로 인해 그 유속이 가장 빠르며, 장비 하부의 빨간색 동그라미 부분에서 재순환 및 저속 영역이 관찰된다. PX 커버 상단의 FFU 유동은 커버를 따라 좌우로 흩어지며 주변의 유동과 합쳐져 상대적으로 빠른 유속이 형성된다. 중앙 단면으로 갈수록 작업대 상부의 정체압으로 인해 공기 유속이 느려진다. 장비 하부에서는 부분적으로 재순환 및 저속 영역이 관찰된다. PX 커버 내부와 작업대의 cavity 부분에서는 유동의 흐름이 약해 공기령이 높게 나타난다. 장비 하부의 재순환 및 저속 영역에서 주변보다 상대적으로 높은 공기령 분포를 보인다. PX 상단에서 가장 높은 압력을 갖는것으로 나타났으며, 전체적으로 PX 커버 형상 변경에 따라, 내부 기류의 안정적인 패턴을 유지하는 것으로 파악 되었다. 또한, 양압형성으로 인해 외부에서 이물 흡입의 우려는 없은 것으로 파악 되었다. 아래 동영상은 FFU의 유속 패턴을 나타낸 것이다.
28		유체점도 변화에 따른 유기성 폐기물 스컴제어 장치의 성능예측 시뮬레이션
			deltaes	14289
		환경분야의 유기성 폐기물 스컴제어를 위한 장치의 성능예측을 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 스컴( scum)은 사전적 의미로 " 액체표면 등에 떠있는 찌거기, 더깽이, 버캐, 찌끼 " 또는 "녹조" 라고 풀이되어 있다. 일반적으로 정수장에서는 원수를 정수시키는 과정에서 물속에 약품을 주입시켜 화확적 반응을 일으키고, 이를 통해 물속에 있는 불순물이 서로 엉키면서 뭉처 무게가 무거워지고, 무거워진 불순물 덩어리는 침전지의 바닥에 가라앉게 되는데, 이때 침전지 상층부에 있는 깨끗한 물만 다음 정수과정인 여과지로 이송되는것이 정상이다. 그러나 여러 이유로 인하여 불순물들이 서로 엉키면서 가라앉지 않고 수면위로 떠 올라 얇게는 1cm, 두껍게는 약 5cm 가량의 불순물 덩어리 층을 이루는 현상을 볼 수 있는데, 이 불순물 덩어리를 스컴(scum) 이라 한다. 주로 스컴은 최초침전지, 최종침전지, 중력농축조에서는 하수 중의 부유물질 안의 가벼운 것이나 부패한 슬러지가 부상해서 스컴이 되기 때문에, 이것을 제거하기 위한 장치이다. 침전지 유출설비의 앞에 설치하고, 장방형 침전지에서는 전동식의 파이프 스키머(pipe skimmer)가, 또 원형 및 정방형 침전지에서는 슬러지를 긁어모으는 기계에 부속된 스컴을 긁어모으는 기계로 모아서 제거하는 방식이 일반적이다. 스컴은 물보다 가벼운 작은 공기방울이 부력에 의해 상승 시 응집제 투여로 가벼운 FLOC 이 침전지에서 제거되지 않고 물속의 기포와 함께 상승하여 표면에 형성된 막으로, 정수처리 과정 중 응집지 및 침전지에서 수온, 조류, 계면활성제, 탁도 등이 원수 수질과 도수관의 압력으로 인한 과포화 용존공기, 정수약품 투입, 이산화 탄소, 질소가스 등 복합적인 작용에 의해 생성되는 것으로 추정하고 있다. 그러나 대부분 주요 원인 이 수질악화와 수온변화 등에 따른 조류의 과대증식에 의해 유발되는 것으로 보고 되고 있으며, 특히 조류와 콜로이드성 탁질이 응집된 FLOC 에 부상한 스컴에서는 미세 기포들이 부착되어 있는것으로 보아 기포의 유입에 따른 불순물의 부상효과에 의한 것으로 파악되고 있다. 따라서, 정수장에서 발생하기 쉬운 거품의 발생원인을 약화 시킴으로써 스컴의 발생 빈도를 줄일 수 있기에 본 과제는 유체의 점도와 고형물의 함량에 따른 유기성 폐기물의 거품을 제어 함으로써 정수장 내 스컴발생 원인을 개선하고자 하는 것이다. 본 해석을 위해 아래와 같은 가정을 고려하였다. 1. 회전날개는 휘지 않는 강체(Rigid body) 이다. 2. 회전날개는 일정 속도로 계속 회전한다. 3. 오염수의 표면장력은 무시한다. 4. 오염수의 밀도 및 점도는 균일하게 분포한다. 거품제어 장치의 형상은 아래 그림 1. 과 같다. (그림1. 정수장 내 거품제어 장치 설비 형상) 시뮬레이션을 위한 해석 조건은 아래 표1. 과 같다. (표1. 거품제어 장치 유동시뮬레이션을 위한 조건) CFD 해석을 통해 고형물 함량에 따른 거품제어 장치 작동시 임펠러에 의해 비산되는 물의 비산거리를 그림 2. 와 같이 산출하였고, 이 구간내는 거품발생량을 감소할 수 있는 것으로 파악되었다. (그림 2. 거품제어 장치 설비 작동에 따른 시 고형물 함량에 따른 비산거리 산출) 유체점도 변화에 따른 유기성 폐기물 거품제어 장치에 대해 CFD 해석을 수행하였다. 이때 사용된 유체 점도는 모두 5종이다. - 해석조건으로 자유수면 모델을 적용하였으며, 초기 자유수면의 높이는 회전날개의 * 영역이 물에 잠기는 위치이다. - 회전중심으로 부터 날개 끝단 까지의 길이는 약 * mm 이며, *** rpm 의 회전속도를 가지고 시계방향으로 회전한다. - 해석결과 최대 비산 거리 및 영역, 그리고 비산유량은 아래의 표 2. 와 같다. (표 2. 유체점도 변화에 따른 유기성 폐기물 거품제어 장치에 대한 CFD 해석 결과)
27		CTCS (Condenser Tube Cleaning System) 효율 향상을 위한 엔지니어링 컨설팅 프로젝트
			deltaes	25954
		우리회사는 기술연구소는 울산화력의 순환수관 엔지니어링 컨설팅 계약을 체결하였습니다. 울산화력은 우리나라 산업의 수도라 할 수 있는 울산광역시에 설립되어, 녹색산업의 글로벌 거점도시에 에너지를 공급하는 것을 목표로 두 가지 발전방식을 가지고 있습니다. 청정연료인 LNG를 사용하는 복합화력은 가스터빈과 스팀터빈을 함께 사용하는 복합 발전으로 계통수요에 대한 신속한 대응을 통해 전력계통의 안정적 운영에 기여하고 있고, 초 저유황류를 사용하는 기력발전소는 400MW급 3기로 국내 최대 설비용량인 1,200MW를 보유하여 지금까지 울산 산업단지와 인근지역에 안정적으로 전력을 공급하여 대한민국 경제성장에 이바지하여 왔다고 합니다. 당사는 울산화력발전소 내 순환수관 부분에 대한 엔지니어링 컨설팅 프로젝트를 성공적으로 완수하여, 울산화력의 안정적인 발전소 운영에 일익을 담당하고자 합니다. 본 과제 발주처는 " 울산화력발전소 내 순환수관에서 발생한 문제를 해결하기 위해 다각적인 조치를 취해 해결하고자 했으나, 순환수관 유동을 육안으로 확인할 수 없는 상황에서 열 유체 시뮬레이션을 통하지 않고는 해결방법이 없다고 판단하여, 열유체 분야 엔지니어링 컨설팅 분야 업무로 유명한 (주)델타이에스에 과제를 의뢰하여 1D + 3D CFD 시뮬레이션 기술을 통한 현 설비의 문제점을 진단하고, 설비 개선 방안을 찾아내 고효율 발전소 운영에 기여하고자 한다 " 고 밝혔습니다. 화력발전소 내 CTCS (condenser tube cleaning system) 는 콘덴서 관 내로 스폰지 볼을 삽입하여 스폰지 볼이 관을 통과하면서 관 내벽에 붙어 있는 각종 이물질 등을 깨끗하게 청소하는 기술로써 대부분의 발전 및 선박 열교환기 등의 콘덴서 관 청소에 많이 사용하고 있는 방법이다. 아래 동영상은 개략적인 CTCS의 이해를 돕기위한 것이다. (https://www.youtube.com/watch?v=7kHTs-emQ_o) 본 엔지니어링 컨설팅 과제는 아래와 같은 순서로 진행 되었다. 1. 1D 시스템 시뮬레이션을 수행하기 위한 해석 조건으로 국부적인 장치에 대한 3D CFD 해석 수행 2. 3D CFD 해석에서 얻어진 결과를 1D 시스템 시뮬레이션을 위한 해석조건으로 활용 3. 화력발전소 내 전체 배관망 1D 시스템 시뮬레이션 수행 4. 콘덴서 라인에 대한 3D CFD 해석을 수행 (이때 1D 시스템 시뮬레이션에서 구한 값으로 해석조건에 사용) 본 해석에 사용된 프로그램은 아래와 같다. 1D 시스템 시뮬레이션 - Flowmaster V7.9.5 3D CFD 해석 - FloEFD V16.0 , XFlow V2016. 아래는 발주처에서 제공한 P&ID와 ISO 자료를 바탕으로 Flowmaster S/W의 모델링 자료 이다. 상기 배관망 전체에 대한 1D 시스템 시뮬레이션의 해석조건을 위해 국부적인 3D CFD 해석을 수행하여 각 부품의 특성데이터를 확보하고 이를 1D 시스템 시뮬레이션에 활용하였다. 드브리스 필터 유동특성 데이터 확보를 위한 3D CFD 해석 콘덴서 전, 후단의 유동특성 확보를 위한 3D CFD 해석 수행 스폰지 볼 회수를 위한 볼 스트레이너의 유동특성을 위한 3D CFD 해석 및 스폰지 볼 특성에 따른 물성치 확보 위와 같은 1D+3D co-simulation을 통해 얻어진 결과는 아래와 같다. 기존 설비라인에 대한 볼 회수율 성능 파악을 위한 시뮬레이션 결과 볼 회수율 성능 향상을 위해 콘덴더 전, 후단의 배관라인과 볼 스트레이너 형상을 변경하여 3D CFD 해석을 수행한 후 최적성능을 갖는 최적형상 설계안을 확보 하였다. 아래는 최적 볼 회수율 성능을 갖는 설계 변경 후의 3D CFD 해석 결과. 가장 좋은 볼 회수율 성능을 갖는 최적 설계안을 확보할 수 있었음. 위에서 진행된 엔지니어링 컨설팅 프로젝트를 수행을 통해 확보된 최적 설계안은 기존 운전중인 CTCS 의 일부 배관라인가 볼 스트레이너의 형상변경에 활용될 계획이다. 상기 과제에 궁금하신 부분은 당사로 문의 하여 주시기 바랍니다. (주)Delta ES TEL: 070 8255 6001
26		자동차 디젤엔진 냉각수 유동 및 열 해석
			deltaes	17730
		CFD 해석 프로그램을 사용하여 디젤엔진 냉각수 유동 및 온도 해석 등을 수행하였다. 본 해석의 목적은 빠른 시간 내 자동으로 냉각수 유동 및 온도 해석을 수행할 수 있도록 하는 방법을 개발하는 것이다. 적용엔진은 디젤엔진으로 국부적으로 설계 형상이 약간 다른 경우에 대한 냉각수의 냉각특성을 파악하기 위한 것이다. 냉각수 유동 및 온도 특성 파악을 CFD 해석을 위한 격자계 구성 위한 엔진 형상 CFD 해석에 소요된 공정별 투입 시간 내역 작업내용 시간(hr) 작성상세 CAD 정리 0.4 CFD S/W의 CAD healing 기능 사용 CFD 해석 세팅 0.1 해석조건 등 설정 CFD해석을 위한 mesh 생성 0.05 격자 생성 CFD 해석 수행 1.7 해석( interation 300) 수렴 결과정리 및 분석, 보고서 1 해석결과 정리 및 보고서 작성 총 작업시간 3.3　 사용한 PC 사양intel i7-2700K quad core, 3.5GHz CPU with 32GB RAM 냉각수 유동 속도분표 (I) 냉각수 유동 속도분표 (II) 냉각수 유동 온도 분표 (I) - FloEFD S/W를 사용하여 디젤엔진 냉각수 유동 및 온도 해석을 수행하였다. - 격자테스트 결과 본 해석 진행에 약 60만개의 격자를 사용하여 수행하였다. - 전체 해석에 소요된 시간은 3D CAD 파일을 받은 후 부터 약 3.3시간 이내 소요 되었다. - 속도분포를 비교하여 보면, 결과의 상이점을 찾기 힘든 부분이 존재함을 알 수 있다. - 압력분포의 경우 CASE 2 모델이 CASE 1 모델에 비해 더 좋을 것임을 알 수 있었다. - 온도분포의 경우 압력장에 의한 영향으로 실린더 헤드에서 CASE 2 모델의 온도 분포가 CASE 1에 비해 더 양호함을 확인 하였다.
25		자동차 프론트 임팩트 빔의 강성해석 수행
			deltaes	18326
		Abaqus Unified FEA 프로그램을 사용하여 자동차 프론트 임팩트 빔의 강성해석을 수행하였다. 이 해석 결과는 타 경쟁 프로그램과 비교하여, 해석 결과의 신뢰성을 확보할 수 있는지를 파악하기 위해 진행되었다. . FE-modeling - Structure : 2D shell element 사용 - Weld : 2D shell & Rigid beam 사용 - Rigid plate : discrete rigid 사용 - 구속조건 부 Stay Plate LHS 와 rigid plate 간 contact 조건 사용 . ABAQUS로 해석을 수행한 결과 경쟁 S/W 해석 결과와 비교시 영역에 따라, 최소 3%, 최대 18%의 차이가 있음을 확인 함. . 제3의 타 소프트웨어 결과와 비교 시 ABAQUS와 유사한 양상을 보임. . 결국 ABAQUS 해석 결과는 각 방향의 강성이 목표치를 만족하며, 경쟁 프로그램 대비 정확도가 높은것으로 나타났음.
24		물탱크 지반공사시 철근 콘크리트 구조물의 구조안정성 평가
			deltaes	18760
		대형 물탱크 또는 액체 가스 탱크 등을 설치하려는 경우 지반공사 시, 철근 콘크리트 구조 최적화 및허용하중 치 등을 계산하여 원가절감 및 구조물 안정성을 평가하는 지표로 삼는다. 물탱크 구조물의 최대 정적 중량: 약 91 ton 콘크리트 지반의 모델링 (mesh plot) * 철근 모델링 콘크리트 바닥재의 구조적 안정성을 위해 다음과 같이 철근 콘크리트 내부에 시공하여 reinforced concrete 부재로 구성하였다. 여기에 사용된 철근은 KDS 3504, Φ13 총무게 ***kg을 사용하였다. Note: 철근 규격: D13(KSD3504) 해석 결과 철근 콘크리트 부자재의 두께와 철근 직경변화 및 철근 공사 형상 변화 등을 고려하여 계산을 수행 하였다. DOE 등의 파라메트릭 기법을 동원하여 구조 안정성을 확보할 수 있는 철근 콘크리트 구조물의 응력계산을 수행하였다. 이과제를 통해 약 100여 톤 중량의 물탱크 지반 구조물을 구조 강도상 충분히 만족할 수 있으면서, 원가를 절감할 수 있는 최적 설 계안을 확보하였다.
23		에스켈레이터 구조 안정성 분석
			deltaes	16355
		백화점, 공공건물 및 기차역 등에서 사용되고 있는 신형 에스켈레이터 시스템에 대한 구조 안정성 및 지속적인 사용 시간 누적에 따른 파손위험성 등을 분석하고 설계에 반영하도록 한다. 계산 수행을 위한 구속조건 1. 마일드 스틸 내구 문제로 ** kgf/mm2 이상의 응력이 나오는 부재는 보강 하여야 한다. 2. 알루미늄 부재의 내구 문제로 ** kgf/mm2 이상의 응력이 나오는 부재는 보강하여야 한다.
22		파이프 지지대 설계 값 도출을 위한 공학분석
			deltaes	19702
		석유,가스 등의 수송을 위해 설계된 배관 망 지지대의 구조해석 수행을 통한 공학분석을 통한 지지대 허용응력 값을 도출한다. 모델 구성 2D-Shell 요소 (S4) 및 강체요소 Discrete rigid)사용 구속 조건 Member의 끝 단 부위 물성 정보 A282 GR, C(Yield strenght: 241.3 MPa) Young's Modulus:2.1E5 MPa, Poisson's ratio: 0.3, Density : 7.89E-9 ton/㎣ 하중 조건 파이프 하중 (A의 갈아거 500mm 일 때) 해석 방법 정적 해석 사용 프로그램 SIMULIA Abaqus 6.13 Mesh Plot & 하중조건 해석 결과 고객사 설계 데이터의 허용 강도 : 145MPa 판단 : - 해석 결과 Flange의 상단과 용접 부위 에서 응력 집중이 각각 145Mpa, 39Mpa, 68Mpa 임. - Flange 중간 부위에서 가장 높은 응력 145 Mpa 이 나타났으나, 허용강도 145Mpa 이하 임. - 구조적으로 안전 함.
21		하수슬러지 자원화시설 내 화재 및 피난 시뮬레이션
			deltaes	17783
		목표 : 실내 화재 발생 시 안전 대피 여부를 시뮬레이션을 통하여 예측 결과 : 인명 피해 없이 안전 대피 가능 그림 1. 실내 화재 시 연기 확산 그림 2. 긴급대피 허용 시간 그림 3. 대피 시뮬레이션
20		CFD 해석을 통한 여재 손실 저감형 트러프 효율 해석
			deltaes	16127
		과제 내용 정상적인 역세척에서 투입되는 물과 공기로 인해 부유되는 활성탄의 손실 여부를 예측하였으며, 발생되는 여재 손실을 줄이기 위해 저감형 트러프를 설계하여 일반 트러프와 여재의 손실률을 수치 해석을 통하여 비교함. Case 1. 일반형 트러프의 활성탄 입자 분포 Case 2. 저감형 트러프의 활성탄 입자 분포
19		미적분사와 선회류를 이용한 악취제거 장치 성능 평가
			deltaes	18705
		과제 내용 악취제거 원탑 다단 세정장치의 수직 노즐분사 유동 패턴 분석을 통해 설계 요구에 적합한 변수 (노즐직경 Φ, 노즐 이격거리 L)를 결정하고, 토네이도 기류에 따른 악취제거 원탑장치 내 기류특성을 분석하여 제품의 성능 향상을 위 한 토네이도 기류 형성 판의 성능을 평가. 수직분사 노즐에 의하여 약액이 얇은 원형평판으로 분사되어 악취제거 성능을 향상시킴. 그림 1. CFD 해석을 통한 악취제거 원탑장치 설계 성능 평가 그림 2. 악취제거 원탑장치 내부 기류 특성 해석
18		CFD를 통한 정수처리장 내 슬러지 형성 저감을 위한 구조 설계 해석
			deltaes	17643
		과제 내용 정수처리장 내의 슬러지를 효과적으로 최대한 많이 침강시키기 위하여 슬러지 재부상이 발생되지 않는 최대유속 및 균일 유동분포에 대한 설계인자 비교분석을 통한 침강효율 및 원수처리용량 최적화
17		펌프장 목표 토출량 확보를 위한 유동 해석
			deltaes	17846
		● 연구 내용 : 펌프장 수로 폭의 제약으로 인하여 총 9대의 펌프를 4대와 5대씩 병렬로 배열시에 전체 펌프 토출량 성능 예측 및 목표 토출량 확보 실패 시 설계변경을 검토하고자 함. ● 경계조건 ● 해석 결과 그림 1. 속도 분포 그림 2. 토출량 분포 ● Summary 펌프장 목표 토출량 확보를 위한 유동해석은 3차원 상용CFD툴을 이용하여 정상상태에서 정수압을 고려하고 펌프의 성능곡선을 반영하여 시뮬레이션을 수행 모든 펌프에서 목표 토출량보다 높은 토출성능을 나타냄
16		XFlow를 이용한 천해파 수립자 운동 해석
			deltaes	17670
		● 연구 내용 : 아래 그림과 같은 해양 조건에서 조파판을 사용하는 시험모형을 똑같이 모사하여 파도를 만들고, 이때 파랑 내부의 유체 운동이 실제 해양에서 나타나는 수립자 모형을 구현할 수 있는지에 대해 연구하였다.해양 기저 면에 그림과 같은 토목 공사용 콘크리트 자재인 핵사포드를 설치한 후, 해수에 의한 물체 주위의 유동과 저 항 등을 계산하여, 조류 영향으로 핵사포드가 이동하는 경로 추적에 대한 기초 연구로 수행하였다. XFlow 해석 도메인 (70m X 8m X 10m) ● 경계조건 - 물성값 : 밀도 = 998.3 [kg/m3], 점도 = 1.0 [mPas] - 수치해석 방법 : 비정상 비압축성 3차원 난류 유동 Free surface external (single-phase) model Turbulence model: LES( WALE) - 운전조건 : 수심 5[m], 파고 1.5[m], 주기 3[sec], 파도속도 5[m/s] ● 해석 결과 (천해파의 수립자운동 비교) 그림 9.6 심해, 중간깊이 그리고 천해에서 파의 유선과 궤적 그림1 그림 9.6 심해, 중간깊이 그리고 천해에서 파의 유선과 궤적 ● Summary 조파판을 이용하여 천해에서 진행파를 생성하였으며, 이때, 생성된 파의 특성은 수심 5[m], 파고 1.5[m], 주기 3[sec], 파도 속도 5[m/s]이다. XFlow를 이용하여 구현된 천해파의 수립자운동은 참고문헌의 유선 오일러식 표현과 잘 일치되는 것을 확인하였으며, XFlow는 연안류를 포함하는 해빈류 해석, 천해파 해석 등에 매우 좋은 결과를 나타낸다.
15		FloEFD를 이용한 FAN 풍동 기류 Simulation
			deltaes	19530
		l 목적 : 상용 S/W인 FloEFD v13을 이용하여 현 장비의 온도 및 기류분포 검토. 각 형상별로 토출부의 유속 조건 4가지를 해석 (총 12 Case) l 경계조건 - FAN : FloEFD Rotating Regions 사용 - 격자 크기 배치 및 계산 영역 설정 Number of cells Fluid Cells = 258,649 Solid Cells = 28,318 Partial Cells = 55,536 Total = 342,503 l 장비 내 온도 및 기류분포 해석 - Cut plane (Velocity & Vector)
14		담뱃불에 의한 낙엽 화재 발생 시뮬레이션 결과 보고서
			deltaes	22131
		▣ 담배의 연소 조건 : 외부 풍속 2m/s 일때, 낙엽 속 담배 연소 속도 : 0.000095m/s : 연소시 담배의 최대 온도 범위: 973(K) → 가정: 대기온도조건에서 10초 후에 담배의 최대 온도로 상승됨. ▣수치해석 방법 : 비정상 비압축성 3차원 난류 유동, 전도-대류-복사 열전달 - mass, momentum & energy conversation - Turbulence model: Realizable k-epsilon model - 압력과 속도의 coupling: SIMPLE algorithm - Discretization: First order upwind scheme - 복사열전달모델: 표면복사모델( surface to surface model) - Density: Boussinesq model - Time Step Size : 0.1 second - Transient formulation: First order implicit - Conjugate heat transfer * 본 해석결과는 전북대학교 항공우주공학과 실험공력실험실 및 한서대학교 항공기계공학과와 공동연구로 수행되었으며, CFD S/W 라이센스 사용을 허락해준 상기 대학에 감사를 드립니다.
13		CFD를 이용한 연도 시뮬레이션
			deltaes	22742
		▣ 과제 목적 - 본 해석의 주 목적은 OO전자 사업장에 설치된 가스보일러 연도 시뮬레이션을 수행하여, 특히 가스보일러의 저부 하시 (MCR 30%) 발생되는 ECO후단의 압력진동 현상을 파악하는데 있다. 현 설비의 저부하시에 ECO후단 압력 진동은 약 ±20mmH2O, 연돌상단 부분(상단에서 2m 하부)은 약 0~2 mmH2O 로 측정되고 있다. 특이점은 가스보일러의 고부하시(MCR 100%)에는 이러한 압력진동 현상이 발생되지 않는 점 이다. ▣ 보일러 연도 및 연돌의 구성도 ▣ MCR 30%와 MCR 100%의 결과 검토(정압분포, Pa) - 해석조건: ECO후단유량~MCR 30%=9000m3/hr, MCR 100%=30000m3/hr . 해석 결과에 의하면, 표.1에서 MCR30%는 연도 및 연돌에서 압력차가 -39.4[Pa]이며, MCR100%는 98.7[Pa]이 발생 된다. 이것은 MCR30%인 경우는 연돌효과에 의하여 ECO후단에서 음압이 발생되며, 이는 보일러 가압이 없어도 배기가스가 충분히 잘 배출될 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 표.2에서 ECO후단의 사각덕트에서 원형덕트로 변경구간인 호퍼구간 과 90도 곡관 후단에서 발생되는 압력 강하를 비교하면, 압력 강하는 MCR30%에서 약 24.26[Pa], MCR 100%에서 약 59.27[Pa]의 압력 강하가 발생되어 연소 가스 유량이 상대적으로 많은 MCR 100%에서 더 많이 발생되는 것을 확인하 였다. 결과적으로 단순히 연도에서 발생되는 정압분포로 해석결과를 검토해보면 MCR30%가 MCR100%보다 연도 통풍력이 좋은 것으로 판정되어 압력진동 원인을 찾기 힘들다. ▣ MCR 30%와 MCR 100%의 결과 검토(속도분포, m/s) - 해석조건: ECO후단유량~MCR 30%=9000m3/hr, MCR 100%=30000m3/h 해석결과에 의하면, MCR30%는 연돌커버에서 배기가스의 최대유속: 약4[m/s]이며, MCR100%는 최대 유속: 11[m/s]이 발생 된다. 일반적으로 배기가스의 대기확산을 높이기 위하여 연돌에서 배기가스의 평균 유속을 높게(15~20m/s 이상) 유지 하지만 현 설비는 배기 가스에 오염물질이 없으므로 상대적으로 연돌의 직경을 크게 유지하였으며, 연도 및 연돌 의 배기 저항도 작게 유지됨. 연돌커버에서 배가스 배출시의 큰 문제점은 발견되지 않음. ▣ MCR 30, 50, 70, 100%의 결과 검토(정압분포, Pa) - 해석조건: ECO후단유량~MCR 30%=9000m3/hr, MCR 100%=30000m3/h 해석 결과에 의하면, MCR이 증가할수록 연도에서 압력손실도 증가되는 당연한 결과가 나타나므로, 저부하시의 압력진 동의 원인을 찾기 어렵다. ▣ MCR 30% 결과 검토(정압분포, Pa) - 해석조건: ECO후단 총압력조건(total pressure)~MCR 30%=-38.66[Pa] ECO후단의 경계 조건을 총압력으로 설정한 경우, 연도에서 발생되는 압력 진동폭 및 압력 진동에 의한 유량 변화를 검토 하였다. 해석결과에 의하면 MCR30%의 유량을 만족하는 총압력조건에서 연도의 난류유동에 의하여 발생되는 유량변화 (표1.)는 전체 평균 유량의 약 2%정도이며, ECO후단의 유량 변화폭은 약 1.6%로 더 작았다. 또한 연돌 커버의 정압 진동 폭은 약 1.4[pa] 정도로 나타났다. * 본 해석결과는 전북대학교 항공우주공학과 실험공력실험실 및 한서대학교 항공기계공학과와 공동연구로 수행되었 으며, CFD S/W 라이센스 사용을 허락해준 상기 대학에 감사를 드립니다
12		화재 및 피난 시뮬레이션
			deltaes	27787
		▣ 화재 및 피난 시뮬레이션 목적 -화재로 인한 인명피해의 대부분은 화염 보다는 연기질식이다. 따라서 화재발생시 신속히 화재 영역에서 벗어나는 것이 인명피해를 줄일 수 있는 가장 중요한 요소이다. -화재 시뮬레이션의 해석 영역은 인구 밀집도가 가장 높아 화재 발생시 인명 피해 발생 확률이 가장 높을 것으로 예상되 는 관리동을 대상으로 화재 시뮬레이션을 수행하여, 시간 경과에 따른 연기 및 열의 거동, 연기 층의 높이를 검토한다. -화재로 인한 안정성 평가는 화재 시뮬레이션의 연기 층 하강 속도와 피난 시뮬레이션의 대피 시간을 검토한다. ▣ 화재 시뮬레이션 -해석 방법 : CFD, TRANSIENT 해석(시간에 따른 해석) -해석 항목 : 화재시 발생하는 연기의 발생 및 이동 형태, 온도 분포, 화염의 성장/확산 형태 예측, 실내 유동 분포, 등 -사용 프로그램 : Fire Dynamics Simulator (FDS) v5.2.2 (NIST, USA) ▣ 화재 시뮬레이션 형상 및 조건 화재발생위치 & 3차원 형상 ▣ 화재 시뮬레이션 결과 ▣ 피난 시뮬레이션 주어진 공간 내에서 화재 등 긴급 상황이 발발하였을 경우 내부에 위치한 사람들의 대피 상황을 Simulation을 통하여 분석 하고 화재해석 결과와 비교하여 안전성 평가. ▣ 피난 시뮬레이션 형상 및 조건(시나리오I) 화재 발생위치, 피난 경로 및 EXIT ▣ 피난 시뮬레이션 결과(시나리오I) 따라서, 현재 고려된 화재/피난 시뮬레이션 조건에서 연기로 인한 인명피해는 발생되지 않고 안전하게 피난이 완료될 것으 로 판단됨.

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