[Module]CFD-ACE+ Flow Module

[cfdace]

Flow module은 CFD-ACE(U) solver의 핵심이다. CFD-ACE는 속도장과 압력장을 SIMPLEC(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations Consistent) 알고리듬으로 계산하게 된다. 기본적으로 중력과 원심력에 의한 영향을 반영시킬 수 있으며, 표면장력이나 전자기력 등에 의한 영향은 다른 module과 같이 계산 할 경우에 반영시킬 수 있다.

일반적인 유동이 아닌 특별한 경우를 위해 다음과 같은 부가적인 기능을 선택 할 수 있다. 먼저 비뉴톤유체 유동의 계산을 위한 점성모델이 있으며, 2차원 축대칭 시물레이션을 수행할 시에는 Swirl을 부여할 수 있고, 저압 유동시에 볼 수 있는 Slip현상의 시물레이션을 위한 Knudsen Function을 쓸 수 있다. 또한 인체공학 분야에서 문제가 되는 적혈구 파괴에 의한 점도 변화를 부여한 Hemolysis model과 격자수를 줄여 계산을 보다 근사적으로 행하는 Reduced model등이 있다.

SIMPLE 계열의 코드인 만큼 비압축성 유동의 해석에 용이하며, 압축성 유동일 경우라도 Mach 수 2까지는 어느 정도의 정확도를 가지고 있다. Flow module은 Multiphisics 근간이 되므로 대부분의 module과 interface가 가능하며 제한이 가장 적은 module이라 할 수 있다.

입구경계조건의 종류로는 일정유속, 일정압력, 일정유량 등을 줄 수 있으며, 출구경계조건으로는 일정속도, 일정압력, Far-field, extrapolate 등의 조건을 줄 수 있다. 체적조건으로는 유량의 source와 sink를 줄 수 있으면, Porous media로 가정할 수도 있다. 그 밖에도 일정 구간을 정의하여 Momentum을 감소시키거나 증가시킬 수 있는 Momentum Resistance model, Fan model이 있다. Momentum Resistance model과 Fan model은 적용공간을 격자계와 무관하게 절대좌표 공간 내에서 임의대로 규정 지을 수 있으므로 매우 편리하고 효과적인 기능이라고 할 수 있다.

유동 모듈의 특징 요약

유한체적법(FVM) 근간으로 Pressure formulation Navier-Stokes 방정식 유동 Solver
모든 유동 속도(보통 마하 2정도까지)
뉴턴과 비뉴턴 유체점성 옵션
매끄러운 벽을 갖는 희박 가스 유동
2차원 대칭축 형상의 swirl 모델
다공성 매체와 membrane(변형 가능한 얇은 막)
얇은 벽(Thin walls)
모든 편미분 방정식에 대하여 암시적이며, 강한 보존법칙이 성립
Upwind, Central, 2nd Order upwind, 2nd Order Limiter, 3rd Order & Smart spatial differencing schemes
Euler와 Crank-Nicolson 시간 차분 방법
multi-block structured, general unstructured (arbitray type elements), arbitrary mesh interfaces, overset mesh filaments and particle clusters
moving, deforming and rotating grids with sliding mesh interfaces

Examples of CFD-ACE+ Semiconductor and Cumbustion Simulations

CFD-ACE+ Simulation of SEMATECH Benchmark Case with Radiative heating of a wafer via a quartz window with water cooling