이전 ANZINE Home New Product

알림

ALL

메뉴보기

Ansys Fluent를 이용한 Optimized Parametric Analysis

이현배 매니저
태성에스엔이
hblee@tsne.co.kr

Ansys Fluent를 이용한 Optimized Parametric Analysis

Introduction

ANZINE 67호에서 Ansys Fluent® 에서 단독으로 구동 가능한 Parametric Design 기능에 대해 소개하였다. (참고: Ansys Fluent를 이용한 Parametric Design 소개)

2024R2 버전에서는 Ansys optiSLang®의 Optimized Parameter Analysis 기능이 Ansys Fluent®에 Built-in되어, 해당 기능에 대해 소개하고자 한다.

■ Optimized Parametric Analysis

기존 Parametric Design의 경우 사용자가 정의하거나 Ansys optiSLang의 실험계획법(이하 DOE) 알고리즘에 의해 정의된 Design Point에 대해 Parametric 해석을 수행하게 된다. 이번에 새롭게 도입된 “DOE and Optimize”는 동일하게 Ansys optiSLang의 최적화 기능을 사용하지만 최적화 과정에 차이가 있다. Ansys optiSLang을 통해 초기 Design Point가 생성되며, 이에 대한 해석이 우선 진행된다. 초기 Design Point에 대한 해석이 진행됨에 따라 Ansys optiSLang은 해석 결과들을 분석하여 추가적인 Design Point를 생성한다. 해석 결과에 따라 추가적인 Design Point를 생성하면서 최적화하는 방법이기 때문에 기존보다 효율적인 최적화가 가능하다고 할 수 있다.

본 글에 사용된 모델은 [그림 1]과 같으며, Ansys Fluent Tutorial에서 제공하는 모델이기 때문에 필요한 경우 다운로드를 통해 사용이 가능하다. 2차원 모델로 왼쪽에서 오른쪽으로 유동이 흐르며, 중간에 2개의 동그란 발열체가 있는 구조이다. Heat Transfer per Flow Energy[수식 2]가 최대가 되는 발열체의 위치를 찾는게 본 최적화의 목적이다.

[그림 1] Analysis Model

■ Input/Output Parameter

설정된 Input & Output Parameter는 [그림 2]와 같다.

Input Parameter는 Inlet 유동의 속도(2.5 m/s) 와 온도(300 K)이며, 각 동그란 발열체의 X(m) 및 Y(m) 방향 위치이다(발열체의 온도는 500 K이다).

Output Parameter는 Heat Transfer per Flow Energy [수식 2], 격자 변형에 따른 격자의 품질을 확인할 수 있는 Min. Orthogonal Quality, 각 발열체의 항력, Inlet의 평균 압력, Outlet의 평균 온도 및 발열체의 Total Heat Transfer를 설정하였다.

[그림 2] Input/Output Parameters

[수식 1] Flow Energy

[수식 2] Heat Transfer per Flow Energy

■ Mesh Morphing

발열체 위치 변경을 위해 Mesh Morphing 기능을 설정하도록 하겠다. 격자의 움직임 및 변형을 위해 Design탭으로 이동하여 Parameterize and Explore를 클릭한다[그림 3].

[그림 3] Parameterize and Explore

Design Conditions 탭의 Create를 클릭하면 새로운 Condition을 정의할 수 있다. Fixed-walls-constraint Condition에는 inlet, outlet, symmetry-1&2를 선택한다[그림 4].

[그림 4] Fixed-walls-constraint Condition

Translation Condition에는 wall-1과 wll-2를 따로 설정하며, Displacement X, Y에는 각 발열체 위치에 대한 wall_1(or 2)_dx(or dy)를 설정하도록 한다[그림 5].

[그림 5] Translation Condition

Region 탭으로 이동하여 Region Extent를 [그림 6]과 같이 설정해 준다.

[그림 6] Region Extent

Design Change 탭으로 이동하여 Workflow의 Check를 클릭하여 셋팅을 다시 확인 후, Mesh의 Preview를 클릭하여 영역 설정이 제대로 되었는지 확인한다.

[그림 7] Desing Change

■ Parametric

앞의 작업이 완료된 후 Parametric 탭의 Initialize를 클릭하여 Parametric Study를 시작한다. Design Point의 Options를 Auto (with optiSLang)으로 변경 후 Add Design Points를 클릭하면 [그림 8]과 같이 Create DOE와 Create DOE and Optimize를 선택할 수 있다. 최적 설계를 위해 Create DOE and Optimize를 선택한 후 Parameter 중 wall_1_dy와 wall_2_dy 만 Active 상태로 놓고 wall_1_dy의 Lower Bound를 -0.025, wall_2_dy의 Upper Bound를 0.025로 설정한다. Criteria에서 New Criteria Type을 Objective로 선택 후 Add Objective를 클릭한다. 새롭게 생성된 Objective의 Expression에서 heat_transger_per_flow_energy를 선택하고 Criteria를 MAX로 선택한다. Optimization Options의 Algorithm에서 One-Click을 선택 후 Configure Settings를 클릭한다. Maximum Number of Design Evaluations를 30, Stop after the given number of design evaluations without improvement를 6 및 Fixed number of design evaluations per iteration을 15로 설정한다.

AMOP(Adaptive Metamodel of Optimal Prognosis)는 최적화 방법 중 하나로, 가장 관련성 높은 매개변수에 대한 값 탐색에 집중하여 시뮬레이션 시간을 단축하고 효율성을 높이는 데 도움을 준다. One-Click Optimizer(이하 OCO)는 optiSLang의 기능으로 사용자가 직접 설정을 조정할 필요 없이 최적화를 수행할 수 있게 해준다.

※ Note

해당기능은 Ansys optiSLang에 직접적으로 연결되어 작동하기 때문에 Ansys optiSLang이 설치되어 있어야 하며, Ansys optiSLang License에 따라 사용기능이 제한될 수 있다.

[그림 8] Create Design Points and Optimize Using optiSLang

Run Optimization Study를 클릭하면 [그림 9]와 같이 초기 Design Point를 자동으로 생성하여 최적화를 수행한 후 해석 결과를 바탕으로 Ansys optiSLang에서 다양한 분석을 진행한다. 분석된 데이터를 기반으로 사용자가 설정한 최대 Design Point까지 최적의 Parameter를 갖는 Design Point를 계속적으로 생성하여 최적화를 수행한다[그림 10].

[그림 9] Initial Design Point

[그림 10] Final Design Point

해석이 완료되면 [그림 11]과 같이 Console 창에 Best Solution에 대한 정보가 간략하게 표시되며, 메인 그래픽 창에는 해당 Design Point에 초록색으로 나타난다.

텍스트, 스크린샷, 디스플레이, 소프트웨어이(가) 표시된 사진

자동 생성된 설명

[그림 11] Best Solution

■ optiSLang Capabilities

Data Export를 통해 Ansys Fluent에서 해석된 결과를 Ansys optiSLang에서 사용할 수 있다[그림 12].

[그림 12] Export Designs

Export Designs

업데이트된 Design Point의 자세한 사항과 함께 optiSLang과 호환가능한 Output 파일을 생성한다.

Go to optiSLang

Design Point, Parameter, Criteria, 해석결과 등의 정보가 Ansys optiSLang으로 넘어가고 실행된다.

텍스트, 스크린샷, 소프트웨어, 컴퓨터 아이콘이(가) 표시된 사진

자동 생성된 설명

[그림 13] Go to optiSLang

Open Desings in Postprocessor

Ansys optiSLang의 후처리 기능을 직접적으로 실행한다.

텍스트, 스크린샷, 디스플레이, 도표이(가) 표시된 사진

자동 생성된 설명

[그림 14] Open Design in Postprocessor

Open OMDB in Postprocessor

Ansys optiSLang 후처리 기능에 데이터베이스를 로드하는 방법으로, 해당 데이터베이스는 모든 Desing과 매개 변수, 응답 등 최적화에 대한 세부정보를 포함하고 있으며, 다양한 유형의 차트에 접근할 수 있다[그림 15].

[그림 15] Open OMDB in Postprocessor

Export Optimization Results into CSV

각 Design Point에 대한 결과를 [그림 16]과 같이 CSV 포맷형태로 저장해준다.

[그림 16] Export Optimization Results into CSV

맺음말

이번 호에서는 Ansys Fluent에 탑재된 Optimized Parametric Analysis 기능에 대해 알아보았다. 기존에는 최적화를 위해서 별도의 프로그램(Ansys optiSLang 등)에 대해 따로 학습하고 Ansys Fluent와 Ansys optiSLang의 연동이 필요했지만 이제는 수록된 내용과 같이 Ansys Fluent만을 통해 Optimized Parametric Analysis가 가능하다.

좋아요이 원고가 마음에 든다면 하트를 꾸욱!