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▶ 67호 : Ansys Fluent를 이용한 Parametric Design 소개

이현배 매니저
태성에스엔이
hblee@tsne.co.kr

Ansys Fluent를 이용한 Parametric Design 소개

기존의 Ansys CFD 제품군에서는 Ansys Workbench 환경에서만 Design Point 설정 및 Parametric Design을 진행할 수 있었다. 2022 R2 버전 이후의 Ansys Fluent를 사용하면 Ansys Workbench 없이 Parametric Design을 진행할 수 있다.

Parametric Design

Parametric Design은 설계변수를 Parameter로 설정한 후 Parameter 조합에 따른 시뮬레이션 결과를 비교/분석하여 최적의 설계 변수를 찾아내는 방법이다.

본 글에 사용된 모델은 [그림 1]과 같다. Ansys Fluent에 사용되는 간단한 예제 모델로 Inlet으로 들어온 유동이 Manifold 내부를 통과하여 Outlet 1, 2, 3으로 빠져나가는 구조이며, Inlet에 들어오는 유동의 속도와 Wall_Heat의 온도를 설계변수로 지정하였다.

[그림 1] Parametric Design Model

Input Parameter

[그림 2], [그림 3]과 같이 Inlet 경계조건 - Velocity Magnitude의 in_velocity와 Wall_Heat 경계조건 ? Thermal ? Temperature의 wall_temperature를 각각 Input Parameter로 생성하였다.

[그림 2] Input Parameter @ Inlet Boundary

[그림 3] Input Parameter @ Heated Wall Boundary

Output Parameter

Output Parameter는 Report Definition 기능을 사용하여 [그림 4], [그림 5]와 같이 Outlet 에서의 평균 온도와 Mass Flow Rate를 설정하였다.

[그림 4] Output Parameter @ Outlet 1, 2, 3

[그림 5] Output Parameter @ Outlet 1, 2, 3

[그림 6] Study Menu

[그림 7] Design Point Menu

Manual

Manual을 선택한 후 Add Design Point 아이콘을 클릭하면 [그림 8]과 같이 새로운 Desing Point가 생성되며 사용자는 필요한 Design Point 개수만큼 추가하여 Parametric 해석을 수행할 수 있다.

[그림 8] Add Desing Point with Manual

Auto (with optiSLang)

[그림 9]와 같이 optiSLang의 Sampling Algorithm 타입, 개수 및 설계변수의 Lower & Upper Bound를 설정할 수 있다. Auto 기능은 설정값에 기반하여 자동으로 Design Point를 생성해준다. [그림 10]은 Advanced Latin Hypercube Sampling Algorithm 타입과 20개의 샘플링 개수를 설정한 후 생성한 Desing Point를 보여준다.

[그림 9] Create Design Points Using optiSLang

[그림 10] Add Desing Point with Auto

※ Note

optiSLang 라이선스에 따라 선택할 수 있는 Sampling Algorithm 타입이 다름

Import & Export

사용자는 Import & Export 기능을 사용하여 *.csv로 작성된 Design Point를 불러오거나 이미 작성된 Design Point를 저장할 수 있다. [그림 11]은 Import를 위해 작성된 csv 파일로 Fluent에서 설정된 Input Parameter의 이름과 동일하게 맞춰줘야 한다.

[그림 11] Design Point File for Import

Simulation Report

Simulation Report는 Parametric Design Study가 완료된 후 Report를 생성할 때 사용자가 원하는 결과를 선택하고 보고서를 생성할 수 있다[그림 12 & 13].

[그림 12] Simulation Report Menu

[그림 13] Simulation Report Outline

[그림 14] Update Options Menu

Method: Sequential

Sequential Method는 설정된 Design Point를 순차적으로 하나씩 Update하는 방식이다. 한번에 하나의 Desing Update만 진행하기 때문에 1개의 Case 해석에 필요한 라이선스만 사용한다.

Method: Concurrent

배치 모드에서 새 Fluent 세션을 시작하여 여러 Design Point를 업데이트 한다. Number of Design Points에 한번에 Update 하고자 하는 Design Point 개수를 입력하고 Number of Cores per Design Pont에 각 Design Point Update에 필요한 Core 개수를 설정할 수 있다[그림 15].

[그림 15] Concurrent Settings Menu

Update Status

Design Point가 Update 되고 있는 상황을 모니터링 할 수 있다[그림 16].

[그림 16] Update Status Menu

Refresh Status

Concurrent Method를 사용하여 Update 하는 경우 기본적으로 1분마다 Refresh하여 Status를 보여주지만 해당 버튼을 클릭하면 즉각적으로 Design Point의 현재 Status를 보여준다.

Show Summary

Show Summary는 Design Point의 상태에 대한 내용이 [그림 17]과 같이 하나의 표로 정리되어 표시되기 때문에 손쉽게 현재 상태를 파악할 수 있다.

[그림 17] Design Point Status

Comparison Plot

Comparison Plot에서는 xy 차트를 통해 Design Point, Input Parameter 및 Output Parameter를 비교해 볼 수 있다[그림 18].

[그림 18] Parametric Plots

해석 결과

Design Point Table

해석이 완료되면 Design Point Table에 Output Parameter로 설정된 변수 결과를 [그림 19]와 같이 확인할 수 있다.

[그림 19] Updated Output Parameter

Case Comparison

해석이 완료된 후 Simulation Report 생성이 가능하며 Report에는 설정을 비롯한 Parameter Design에 사용된 대부분의 정보가 포함되어 있다. Graphic Result의 경우 [그림 20]과 같이 각 DP 별 비교가 가능하다. 해당 기능은 Report를 html 형식으로 저장했을 경우에도 사용할 수 있다.

[그림 20] Report ? Velocity Contour Comparison

Parametric Plots

Design Point별 Output Parameter 결과를 Plot을 통해 직관적으로 살펴볼 수 있으며, Input Parameter와 비교 또한 가능하다[그림 21].

[그림 21] Parametric Plot

맺음말

이번 호에서는 Fluent에 탑재된 Parametric Design 기능에 대해 알아보았다. 기존에는 Parametric Design Study를 하기 위해서는 Workbench를 통해서만 가능했지만, 2022 R2 이후 버전에서는 Fluent에서 직접 편하게 Parametric Design Study가 가능해졌다. 기능 또한 기존의 Workbench와 유사하기 때문에 사용자의 편의성이 더욱 확대되었다.