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다양한 내부 유동 모델링에 의한 유체-구조 간섭(FSI) 응용
Application of Fluid-Structure Interactions with Various Modeling for Internal Flow 원문보기

전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, v.29 no.1, 2016년, pp.24 - 34  

장세명 (군산대학교 기계자동차조선해양공학부)

초록이 없습니다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • B&K 가속도계를 해당 위치에 밀착시켜 진동을 측정하였고, 이를 신호 증폭기 (amplifier)와 NI myDAQ 보드를 통하여 PC로 데이터를 받은후, FFT(fast Fourier transform)를 거쳐 진동수 영역으로 변환 하였다.
  • 원래는 수치 해석으로 이 문제를 풀어보기 전, 간단한 수학적 모델로 미리 예측해 보자는 것이었다. 모델을 최대한으로 단순화하여 유동 장은 준 1차원 유동(벽면의 변형으로 유동 공간 단면의 크기만 변하고 그 안에서는 속도가 균일한 유동)을 가정하여 유동의 압축성과 점성을 무시한 포텐셜 유동(potential flow) 모델을 만들고, 벽면은 단순한 외팔보(cantilever beam)로 구성한다면, 주어진 경계조건에 대해 해석해(analytic solution)를 만들수 있을 것이라는 주요 아이디어를 떠올렸다.
  • 본고에서는 이러한 U-관의 유체-구조 간섭 현상을 다음과 같은 일련의 지배 방정식을 동시에 풀어 해석하는 ‘2-방향 커플링’을 이용, 유체 해석 코드인 ANSYS-FLUENT와 구조 해석 코드인 ANSYS-STRUCTURAL을 각각 구동하여 해석해 보았다8).

대상 데이터

  • 한일 PSS 120-096 펌프를 사용하였으며, 수조(water reservoir)의 크기는 300×600×350(단위: 밀리미터)이다.
  • 한편 그림 12는 이러한 해석의 신뢰성을 확인하기 위한 실험 장치의 개념도이다. 한전원자력연료에서 실제로 공급하고 있는 U-자관을 대상으로 축소 실험 설비를 구성하였다.

이론/모형

  • 난류 모델(turbulence model)은 k-ω SST (shear stress transport) 모델을 사용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전열관 균열 원인 중 프래팅 마모는 어떻게 균열을 일으키나? 현재까지 이러한 전열관 균열의 원인은 여러 가지가 있는 것으로 알려져 있지만, 주된 원인 중 하나가 프래팅 마모 (fretting wear)인 것으로 보인다. 증기발생기 내에서 1차수와 2차수의 교차 유동으로 인해 유체-구조 간섭(FSI: fluid-structure interaction)에 의한 진동이 발생하게 되고 TSP(Tube Support Plate)와 관 사이에서 지속적으로 일어나는 마찰이 손상을 야기하는 것이다. 따라서 유체역학 관점에서 파손의 원인으로 유체 탄성 불안정성, 난류의 비정상 압력변동에 의한 가진, 와 류의 흘림에 의한 주기적인 진동 등을 들 수 있다.
전산응용공학에서 다중 처리란 무엇인가? 첫째, 다중 처리란 여러 개의 중앙 처리 장치(CPU, Central Process Unit)를 지닌 컴퓨터를 이용하여 복잡한 계산의 병렬 처리(parallel processing)를 수행하는 것이다. 최근 PC나 심지어는 태블릿, 핸드폰에서까지 이러한 다중 처리 기능은 자연스러운 것이 되어버렸다.
전산응용공학이 연구하는 방향 중 다중 물리는 어떤 것인가? 셋째, 다중 물리란 좀 더 도전적인 과제로서, 이전에는 별개의 문제로 인식되었던 여러 가지 물리 모델들을 동시에 한 코드 내에서 해석한다는 뜻이다. 예컨대 구조와 열유동 해석, 그리고 음향과 전자기까지 한 개의 코드 내에서 동시 해석이 가능해졌다.
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참고문헌 (8)

  1. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%97%90%EB%8B%88%EC%95%85 

  2. 장세명, 염금수, "감속재 열유동 검증실험 CFD 해석," 한국원자력연구원, 2016. 

  3. 박정후, 장세명, 이신영, 장강원, "표면 조도와 곡률 반경에 대한 U-자관 압력 손실의 상관관계," 한국전산유체공학회지, Vol. 20, No. 1, pp. 39-46, 2015. 

    원문보기 상세보기

  4. 장세명, P. J. Morris, "비정상 압축성 유동 해석을 위한 고차 정확도 적응 격자 기법," 한국전산유체공학회지, Vol. 13, No. 3, pp. 69-78, 2008. 

  5. 박태완, 장세명, 김성용, 이영진, 윤호중, "전산유체공학 기법을 활용한 해안 방재림 조성 효과 분석," 한국전산유체공학회지, Vol. 18, No. 1, pp. 69-76, 2013. 

    원문보기 상세보기

  6. S.M. Chang, H.T. Kim, K.L. Jeong, "OpenFOAM Analysis of CANDU-6 Moderator Circulation," 4th OKUCC, September 15, 2015, Daejon, Korea. 

  7. G.W. Jang, S.M. Chang, G.H. Gim, "Fluid-structure interaction of quasi-one-dimensional potential flow along channel bounded by symmetric cantilever beams," Journal of Fluids and Structures, Vol. 40, pp. 127-147, 2013. 

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  8. G.H. Gim, S.M. Chang, S. Lee, G. Jang, "Fluid-Structure Interaction in a U-tube with Surface Roughness and Pressure Drop," Nuclear Engineering and Technology, Vol. 46, No. 5, pp. 633-640, 2014. 

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