FLOWNEX® SE 기능과 2025 업그레이드

Introduction 

Flownex는 1D 유동해석 시뮬레이션 툴이며 다양한 컴포넌트들로 유체 네트워크를 구성하여 빠르고 정확한 시뮬레이션을 할 수 있다. 이번 호에서는 전반적인 Flownex 툴에 대한 기능 소개와 2025 버전으로 업그레이드가 되면서 새롭게 탑재되는 기능들에 대해서 알아보고자 한다.

■ Flownex란?

아마도 Flownex라는 이름이 생소하신 분들이 대부분이라고 생각된다. Flownex는 남아프리카공화국에서 개발된 툴이며 1D 유동해석 전용 툴이다. 1986년에 개발되어 현재까지 활발하게 개발하고 있어 다양한 산업분야에 적용할 수 있는 전문성이 검증된 툴이다. Flownex는 ISO9001과 NQA1 품질보증시스템 환경에서 개발되었으며 소프트웨어 품질과 신뢰성 및 정확성을 입증하는 유일한 원자력 인증을 획득한 소프트웨어이다. 하지만 원자력 분야에만 국한되지 않고 발전, 가스터빈, HVAC, 항공/우주 등 다양한 산업분야에도 활발하게 사용되고 있다. 또한 Ansys와 Co-Simulation이라는 방법으로 Flownex와 연동해석을 진행할 수 있는 기능도 제공하고 있다.

■ Flownex Library

Flownex는 [그림 1]과 같이 유동해석을 위한 다양한 라이브러리를 제공한다. Flow 시스템 라이브러리는 입구, 출구, 압축기, 열교환기 등과 같이 유량이나 열전달과 같은 컴포넌트 등을 포함하고 있으며, Control 시스템 라이브러리는 제어시스템의 논리회로와 수학연산 시뮬레이션을 제공하고 있다. Electrical 시스템 라이브러리는 모터발전기, 회로차단기 등의 컴포넌트를 제공하며, Fluid Material 속성 및 데이터에서는 다양한 유체타입에 대한 방대한 유체라이브러리를 제공하고 있다.

 
[그림 1] Flownex Libraries

■ Flow Network

유체의 흐름에 따라 컴포넌트를 구성하여 해석하는 방식을 Flownex Network 모델링이라고 한다. [그림 2]는 펌프시스템의 일부를 네트워크 모델링을 구성한 간단한 예이다.

 
[그림 2] Flownex Network

입구부터 출구까지 일렬의 유동경로에 대해서 경계조건, 파이프, 펌프, 파이프 등의 컴포넌트를 이용하여 네트워크를 구성하였다. Flownex는 유체 연속성을 고려하여 압력, 온도, 유량과 같은 물리량을 예측하게 된다. 입력된 경계조건에 따른 수학적 물리현상을 계산하며 오랜 시간동안 검증과 축적해온 다양한 상관관계 경험식을 바탕으로 예측결과의 정확성을 향상시킨다.

■ Flownex 2025 Upgrade

앞에서는 간단히 Flownex에 대해서 소개하였고, 본격적으로 이번 2025 버전에서 업그레이드된 내용을 소개한다. 

▲ AUTODESK REVIT을 위한 Flownex Network Builder 기능이 탑재되었다.

Revit 플러그인은 Revit 프로젝트내에서 직접 Flownex 네트워크 생성을 가속화할 수 있다. Revit에서 파이프 및 HVAC 요소를 추출하고 Flownex에서 동등한 3D Geometry를 구성한다. 이전에는 Revit에서 PCF 파일을 내보내는데 오류로 인해 많은 시간이 소요되고 수동으로 수정해야 했지만 이 플러그인은 Flownex에서 대규모의 냉각수 또는 HVAC 네트워크를 구성하는 작업을 몇 시간내에 완료할 수 있게 한다.

 
[그림 3] A 3D Flownex geometry generated from a Revit model

▲ Result Layer 기능이 향상되었다.

Result Layer 편집기가 개선되어 직관적으로 변경되었으며, 해석 결과 컨투어의 Layer 위치도 그래픽 페이지에 표시되어 일반적인 시뮬레이션 후처리 결과와 유사한 형태로 변경되었다. Result Layer에서 여러 결과를 선택하여 표현할 수 있도록 기능이 향상되었다.

 
[그림 4] Result layer features

▲ Ansys Mechanical과의 Co-Simulation 기능이 향상되었다.

Co-Simulation에서 프로젝트 동기화 및 데이터 교환을 간소화하기 위한 기능이 개선되었다. Flownex와 Ansys Mechanical과 결합된 필드 분석을 사용 시 Labyrinth Seal Clearances가 동적으로 업데이트 되어 다양한 엔진 작동 조건에서 결과를 예측할 수 있다.

 
[그림 5] Labyrinth Seal clearances dynamically updated

▲ Ansys RSM을 이용한 Co-Simulation 기능을 활용할 수 있다.

Co-Simulation에서는 Ansys에서 지원하고 있는 RSM을 이용하여 고성능 장비에서 Mechanical 해석을 수행하고 개인 Windows 환경에서 Flownex해석과 결합하여 결과를 분석하는 방법을 사용할 수 있다.

▲ Fluent Solver Coupling 기능을 활용할 수 있다.

Fluent 서버 링크가 Python Fluent 인터페이스를 사용하도록 업데이트되어 구성이 간단하게 변경되었으며, Flownex에서 사용자가 모든 운영체제에서 실행되는 네트워크의 다른 컴퓨터에서 실행되는 Fluent에 연결하여 수행할 수 있다.
 

[그림 6] Fluent server coupling

■ 기타 업그레이드 내용

PDF 도움말 파일을 검색하는 기능이 추가되었으며, PDF 도움말을 별도의 PDF 프로그램 설치 없이 뷰어 기능을 통해 확인할 수 있다. 입력조건에서 사용자가 기본값에서 변경한 입력 값은 굵은 글씨로 표시하여 확인이 쉽도록 변경되었으며, 리본버튼이 재배치됨으로써 사용자가 해석 수행을 위한 워크플로우 구성 때 자주 사용되는 버튼 배열로 구성되었다. Flownex Network 변경이 있을 시 Clear and Generate 버튼을 클릭하여 재구성할 수 있으며, Update Properties 아이콘은 네트워크 변경사항을 적용하지 않고 Properties만을 변경하도록 업데이트할 수 있다. Flownex Network Builder Node에서 2D, 3D, ALL로 Analysis Type을 선택하도록 설정할 수 있어 각 Dimension에 해당되는 기능들 만을 활성화하여 선택할 수 있다. Finned-Tube 열교환기 모델에 Convection Coefficient Option에 Colburn j equation이 탑재되었으며, 열교환기 핀에 Primary loss type으로 Smooth wall equation이 추가되었다. Two-Phase 압력강하 해석에서는 Two-phase multiplier correlation에 Beggs and Brill이 옵션으로 추가되었다.

맺음말

이번 호에서는 Flownex 툴에 대한 전반적인 소개와 2025 버전업 내용에 대해서 다루었다. Flownex는 1D 유동해석 전문툴이며 3D 시뮬레이션 접근과는 다르게 국부적인 시스템부터 대규모 시스템까지 유동해석 접근이 가능하다. 또한 Co-Simulation을 통하여 기하학적인 형상에 대한 고려가 필요할 때 Ansys Fluent 와 Mechanical과의 커플링을 통해 해결할 수 있으며, 2025버전에서는 Ansys와의 Co-Simulation 기능이 강화된 것을 확인할 수 있다.