Flow Boundary Coupling (Fluent-Fluent Coupling) 사용하기

 
Introduction

해석 영역이 매우 크거나 멀티스케일 해석을 수행하는 경우에 격자 수가 너무 많아져서 해석하기 어려운 경우가 있다. 일반적으로 Ansys System Coupling™은 구조-유동, 전자기장-유동, 유동-전자기장-구조 등 여러가지 물리계를 연동하여 해석한다. 이번 Ansys 2025R2에서는 유동해석 프로그램인 Ansys Fluent®, Ansys CFX® 와의 연성해석을 지원한다. Fluent-Fluent 해석도 가능하다. 

■ 해석 대상

[그림 1]과 같이 Fluent-Fluent 연성해석으로 Fluent 1의 출구가 Fluent 2의 입구 경계조건으로 사용되도록 설정해 보겠다. 

 
[그림 1] 해석 대상 

■ Ansys Fluent 설정

Flow Boundary Coupling을 하려면 Fluent에서 아래 명령어로 기능을 활성화해야 한다. 

원하는 영역을 설정하면 [그림 2, 3]과 같이 경계조건이 ViaSystemCoupling으로 변경되며 Fluent 1의 Outlet과 Fluent 2의 Inlet에 적용한다.

 
[그림 2] Inlet System Coupling 

 
[그림 3] Outlet System Coupling 

[그림 4]와 같이 리본 메뉴에서도 원하는 영역을 지정할 수 있다. Models에서 Energy가 활성화되어 있어야 System Coupling Manager도 활성화된다.

 
[그림 4] System Coupling Manager

 
[그림 5] Flow Boundary Coupling Manager

그 외 Fluent 설정은 생략한다.

■ Workbench 설정

Workbench에서 [그림 6]과 같이 구성하면 에러가 발생한다.

 
[그림 6] Workbench 에러

Flow Boundary Coupling 은 베타기능이라서 Workbench에서 베타 옵션을 활성화해야 한다.
[그림 7]과 같이 Tools → Options → Appearance → Beta options에서 활성화할 수 있다.

 
[그림 7] Beta Options

베타옵션이 활성화된 후에는 [그림 8]과 같이 구성할 수 있다. 

 
[그림 8] Workbench

■ System Coupling 설정

System Coupling에서 [그림 9]와 같이 Data Transfers를 설정하려고 하면, inlet과 outlet을 선택할 수 없다. Workbench 환경에서는 아직 지원하지 않는 기능이므로 System Coupling을 단독 구동해야 한다.

 
[그림 9] Data Transfer

단독 구동을 위해 [그림 10]과 같이 System Coupling setup을 파일로 저장한다.

[그림 10] Export System Coupling Setup

[그림 11]과 같이 System Coupling을 단독으로 구동한다.

[그림 11] System Coupling 

System Coupling을 실행한 후에 파일이 저장된 폴더를 선택하면 [그림 12]와 같이 파일을 불러온다. 

 
[그림 12] System Coupling : Open

베타 기능을 활성화하기 위해 [그림 13]과 같이 Activate Hidden Features를 추가하고 Beta Feature를 True로 설정한다. 

[그림 13] Activate Hidden Features

 
[그림 14] Beta Features

[그림 14]와 같이 Beta Features를 True로 설정하거나 Command Console에서 아래와 같이 입력해서 베타기능을 활성화할 수도 있다. 

Flow Boundary Coupling을 위해 [그림 15]와 같이 Coupling Interface를 추가한다. 

 
[그림 15] Add Coupling Interface

[그림 16]와 같이 앞서 설정한 해석 영역을 지정하고, 데이터 전송을 위한 경계조건을 선택한다. 

 
[그림 16] Coupling Participant

[그림 17]과 같이 Flow Boundary Data Transfers를 추가하고 해석을 시작한다. 

 
[그림 17] Add Flow Boundary Data Transfers

해석을 시작하게 되면 Fluent 1의 해석이 완료된 후 Fluent 2의 해석이 시작되며 각 케이스에서의 수렴 상태가 확인되면 해석이 완료된다. 

Fluent 1의 Outlet 결과를 Fluent 2의 Inlet 경계조건으로 사용하여 해석이 수행된다. [그림 18]은 속도 분포이며, Fluent 1의 Outlet에서의 속도 분포와 Fluent 2의 Inlet에서의 속도 분포가 동일한 것을 확인할 수 있다. 

 
[그림 18] Velocity Contour

맺음말

해석 영역이 매우 크거나, 멀티 도메인을 사용하여 격자가 매우 많아 해석이 어려운 경우에 Flow Boundary Coupling을 이용하여 해석 영역을 나눠서 해석하고 System Coupling으로 두 영역을 연결해 줄 수 있다.