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Twin Mesh

Twin Mesh CFX

회전식 용적 기계의 안정적인 CFD 해석을 위한 혁신적인 Meshing Solution 입니다.

https://www.twinmesh.com

ANSYS CFX가 가장 적극적으로 사용되는 분야가 유체 기계의 설계와 분석을 위한 CFD 해석이다. 일반적인 펌프와 압축기의 경우 BladeModeler를 이용한 형상 모델링과 TurboGrid를 이용한 격자 생성, Turbo Pre와 Turbo Post의 기능을 이용하면 거의 자동화된 해석 프로세스를 갖출 수 있을 정도로 개발되어 있어서 ANSYS CFX를 이용하는데 큰 어려움이 없다. 하지만 펌프와 압축기와 같이 일정한 형태의 Blade가 회전하는 방식이 아닌 체적 변화에 의해 유체를 이송하는 방식인 용적형 유체 기계는 시간에 따라 모양이 변하는 내부 공간의 격자 처리가 어렵기 때문에 쉽게 적용하기 힘든 분야로 남아있었다.

이와 같은 용적형 유체 기계에 대해 CFX를 이용하여 해석할 수 있는 방법은 크게 3가지가 있다. 제일 쉬운 첫 번째 방법은 Immersed Solid Method를 이용한 해석 방법으로 격자 생성 및 해석이 쉬운 반면, 비압축성에만 적용이 가능하고, cavitation 등 CFX의 해석 모델을 적용하는데 제한이 있다는 단점이 있다. 두 번째로 Remeshing을 이용한 방법은 내부공간에 따른 격자의 변화에 맞추어 격자를 재생성하는 과정이 수반되기 때문에 계산 설정이 복잡해지고 유동 해석에 소요되는 Solving 시간 외에 해석 과정 중에 격자 재생성에 시간이 소요되기 때문에 해석 시간이 과다하게 소요되는 단점이 있다. 세 번째 방법은 해석에 필요한 모든 격자를 미리 생성한 다음, CFX의 Mesh Read Function을 이용하여 매 순간 필요한 격자를 읽어들여서 해석하는 방법이 있다. 이 방법은 Remeshing과 같이 해석이 진행되는 과정에서 격자를 생성 할 필요가 없어서 유동 해석에 필요한 Solving 시간만 소요되는 반면에 계산 설정 전에 격자 생성에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 하지만, 미리 생성된 격자를 사용하기 때문에 해석 도중에 격자에 의해서 발산하는 현상은 발생하지 않아 해석의 안정이 확보되고 순수한 Solving 시간만 소요되기 때문에 격자 생성 시간까지 더 필요한 Remeshing 기법보다 해석 시간이 짧다는 장점이 있다.

TwinMesh는 회전형 용적식 유체 기계를 해석하는데 필요한 격자와 계산 설정을 쉽게 처리할 수 있도록 개발된 Software로 CFX Berlin (https://www.twinmesh.com) 에서 개발되었다. TwinMesh는 위에서 설명한 세 번째 방법을 적용하기 쉽도록 해석에 필요한 격자 생성 프로그램과 생성된 격자를 이용하여 거의 자동으로 CFX와 Fluent의 계산 설정을 수행하는 프로그램이다. 해석 격자의 생성은 필요한 용적형 유체기계의 Template이 미리 준비되어 있어서 TwinMesh가 요구하는 rotor의 curve만 준비하면 해석에 필요한 Hexahedral 격자를 회전하는 각도에 맞추어 생성할 수 있다. 격자 생성 과정은 상당히 자동화되어 있지만, 고품질의 격자를 얻기 위해서는 ICEM CFD에서 Hexa 격자의 node 개수와 분포를 설정하는 방법과 비슷하게 격자를 조절할 수 있다. 이와 같은 방식으로 격자를 생성하면 용적형 유체 기계에 존재하는 수십에서 수micron 이하 수준의 leakage에 10~20개의 격자를 집중하여 해석할 수 있으므로 누설 유량의 평가 및 Torque의 예측이 ANSYS CFD에서 일반적인 유체 기계를 해석할 때의 정확도와 같은 수준으로 확보될 수 있다.

TwinMesh의 3가지 특징

TwinMesh는 회전형 용적식 기계의 회전 부위에 대한 고품질의 Hexahedral 격자를 자동으로 생성 해주는 프로그램으로 다음과 같은 특징을 가진다.

FAST

TwinMesh는 structured 격자를 생성할 수 있는 자동화된
workflow를 제공하기 때문에 용적형 기계의 CFD 해석에
필요한 격자 생성과 setup을 단시간에 진행할 수 있다.

Reliable

TwinMesh에서 생성된 고품질의 격자를 사용한 해석 방법은
remeshing 과정에서 이전 격자와 새로 생성된 격자 사이에서
발생하는 interpolation error를 최소화할 수 있으며
cavitation, 냉매 등 ANSYS CFX와 Fluent에서 제공하는
모든 해석 모델을 적용할 수 있다.

Efficient

용적형 기계는 시간에 따라 해석 공간이 변하기 때문에
transient 해석이 필수이다.

TwinMesh를 이용한 Structured grid는 비교적 적은 수의
격자로도 용적형 기계의 회전 부위의 격자 생성 및
leakage 부위의 격자 생성이 가능하기 때문에 transient
해석 시간이 과도하게 소요되지 않는다.

TwinMesh로 사용 가능한 용적식 기계

  • External gear pumps
  • Internal gear pumps
  • Gerotor pumps
  • Lobe pumps
  • Lobe blowers
  • Screw compressors and expanders
  • Scroll compressors and expanders
  • Eccentric screw pumps
  • Vane pumps

TwinMesh를 사용하는 세계적인 기업들의 성공사례

A Success story hugo Vogelsang GmbH

B Success story with new generation of lobe pumps @ Börger

C Success story of BOSCH

D Success story of Danfoss Commercial Compressors