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회전용적형 기어펌프의 유체-구조연동 전산해석
FLUID-STRUCTURE INTERACTION ANALYSIS OF EXTERNAL GEAR PUMP 원문보기

한국전산유체공학회 2010년 춘계학술대회논문집, 2010 May 13, 2010년, pp.83 - 85  

이중호 (울산대학교 일반대학원) ,  김태구 (진명21(주)) ,  이상욱 (울산대학교 기계자동차공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A hydraulic gear pump is widely used in many industrial applications to provide both high pressure and high flow rate by physical displacement of finite volume of fluid with each revolution. In this study, two dimensional fluid-structure interaction simulation of gear pump flow was carried out to ex...

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제안 방법

  • 특히 Kim et al.[4]은 본 연구에서 적용된 펌프모델과 같은 외접식(external) 회전용적형 기어펌프의 내부 유동장 및 압력 변화에 대한 수치해석을 수행하였다. 또한, 용적형 수차의 내부 유동장 및 압력맥동 분석을 위한 CFD 해석이 수행되었다.
  • [4]은 본 연구에서 적용된 펌프모델과 같은 외접식(external) 회전용적형 기어펌프의 내부 유동장 및 압력 변화에 대한 수치해석을 수행하였다. 또한, 용적형 수차의 내부 유동장 및 압력맥동 분석을 위한 CFD 해석이 수행되었다.[5] 그러나 로터의 회전으로 인한 내부유동장의 주기적인 비정상성과 함께, 로터와 케이싱 그리고 주축로터와 종축로터사이의 매우 좁은 간극에서의 수치격자 재생성의 복잡성 때문에 수치해석상의 어려움을 가지고 있다.
  • 본 연구에서는 2차원 기어펌프의 유동장에 대한 수치해석을 수행하였으며, 동시에 이러한 복잡한 유동장에 의해 로터에 유기되는 구조적 하중을 계산하였다. 보다 정확한 펌프 유동장 및 구조응력 분포를 위하여 실제 미세간극을 고려한 추가적인 연구가 필요할 것으로 여겨진다.
  • 초기 모델링 및 격자 생성은 ADINA-M과 ICEM-CFD를 이용하여 생성한 뒤, 주축로터와 종축로터의 회전으로 인해 연속적으로 변화하는 계산영역의 변형을 고려하기 위하여 매 계산 시간 단계에서 로터 근처영역의 격자가 자동적으로 재 생성하도록 하였다. 이때 재생성 되는 격자수와 격자 Quality가초기상태와 유사한 값을 유지하도록 격자생성 파라미터를 조절 하였다. 압력은 입구부분 및 출구부분을 각각 대기압조건과 p=1.
  • 1 을 이용하여 유체-구조 연동해석을 수행하였다. 초기 모델링 및 격자 생성은 ADINA-M과 ICEM-CFD를 이용하여 생성한 뒤, 주축로터와 종축로터의 회전으로 인해 연속적으로 변화하는 계산영역의 변형을 고려하기 위하여 매 계산 시간 단계에서 로터 근처영역의 격자가 자동적으로 재 생성하도록 하였다. 이때 재생성 되는 격자수와 격자 Quality가초기상태와 유사한 값을 유지하도록 격자생성 파라미터를 조절 하였다.

대상 데이터

  • 0xi06Pa 적용하였으며, 난류 모델로는 표준 k-e 모델을 사용하였다. 사용한 격자는 유동장 변화가 심한 로터주위에 격자를 밀집시키는 기법의 적용과 함께 약 14000개의 삼각형 비정렬 격자시스템을 생성하였다.
  • 회전용적형 기어펌프의 경량화를 목적으로 로터 및 케이싱의 재료로 Nylon 6/6 소재를 사용하였으며, Nylon 6/6의 영률(Youngs modulus) 는 E=L59xl07kPa이고, 밀도(Density)는 p=L56xl03kg/m3이다. 이 때 본 연구에 적용된 로터의 설계 배제용적으로부터 계산된 이론적인 시간당 토출유량은 84.6kg/s이며, 펌프 흡입부와 토출부 유로의 폭 크기는 동일하게 65.5mm를 적용하였다. 로터회전에 따른 유동장 및 압력의 변화와 로터에 작용하는 구조적 응력의 상호작용 해석을 위하여 상용 프로그램인 ADINA 8.
  • 또한 로터와 케이싱 사이 및 주축로터와 종축로터 사이에는 2mm의 일정한 간극을 두었다. 회전용적형 기어펌프의 경량화를 목적으로 로터 및 케이싱의 재료로 Nylon 6/6 소재를 사용하였으며, Nylon 6/6의 영률(Youngs modulus) 는 E=L59xl07kPa이고, 밀도(Density)는 p=L56xl03kg/m3이다. 이 때 본 연구에 적용된 로터의 설계 배제용적으로부터 계산된 이론적인 시간당 토출유량은 84.

데이터처리

  • 5mm를 적용하였다. 로터회전에 따른 유동장 및 압력의 변화와 로터에 작용하는 구조적 응력의 상호작용 해석을 위하여 상용 프로그램인 ADINA 8.6.1 을 이용하여 유체-구조 연동해석을 수행하였다. 초기 모델링 및 격자 생성은 ADINA-M과 ICEM-CFD를 이용하여 생성한 뒤, 주축로터와 종축로터의 회전으로 인해 연속적으로 변화하는 계산영역의 변형을 고려하기 위하여 매 계산 시간 단계에서 로터 근처영역의 격자가 자동적으로 재 생성하도록 하였다.

이론/모형

  • 이때 재생성 되는 격자수와 격자 Quality가초기상태와 유사한 값을 유지하도록 격자생성 파라미터를 조절 하였다. 압력은 입구부분 및 출구부분을 각각 대기압조건과 p=1.0xi06Pa 적용하였으며, 난류 모델로는 표준 k-e 모델을 사용하였다. 사용한 격자는 유동장 변화가 심한 로터주위에 격자를 밀집시키는 기법의 적용과 함께 약 14000개의 삼각형 비정렬 격자시스템을 생성하였다.
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