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$[활용팁] 입자 체적 비율 계산기 (Volume fraction of particles calculator)$

DPM 적용 시 입자(분산상)의 총 부피는 유체(연속상) 도메인, 총 부피의 10% 이하 조건에서 사용하도록 권장하고 있습니다. 이 조건에 대한 만족 여부를 간편하게 계산할 수 있는 계산기 입니다.

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DPM 적용 시 입자(분산상)의 총 부피는 유체(연속상) 도메인, 총 부피의 10% 이하 조건에서 사용하도록 권장하고 있습니다. 이 조건에 대한 만족 여부를 간편하게 계산할 수 있는 계산기 입니다.

[활용팁] 입자 체적 비율 계산기 (Volume fraction of particles calculator)

Ansys Fluent에서는 DPM 적용 시 유체 도메인 대비 입자의 체적 비율이 10%를 초과하지 않도록 사용자에게 주의를 요하고 있습니다.

Dilute Flow 가정
- DPM은 입자(혹은 액적)를 연속 유체에 소량 분산되어 있는 것으로 가정합니다.
- 이 가정 하에서 입자는 서로 충돌하거나 집적되지 않고, 서로 독립적으로 움직인다고 간주됩니다.
- 따라서, 일반적으로 입자의 체적 비율이 10%를 넘지 않아야 이 가정이 유지될 수 있습니다.
모델링 한계와 계산 정확성
- 입자의 체적 비율이 높아질수록 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
  - 입자 간 상호작용 미반영 가정 문제 (DPM은 기본적으로 입자-입자 충돌 고려 안 함)
  - 수치적 오차 증가 및 불안정한 수렴
  - Volume displacement effect 미반영 시 큰 오차 발생 가능
- 이로 인해 Fluent는 10% 이상에서는 DPM 대신 다음 모델 사용을 고려하라고 제안합니다.
  - Eulerian-Eulerian 다상 모델 또는 Dense Discrete Phase Model (DDPM), DEM

Volume Fraction	권장 모델	설명
< 10⁻³ (0.1%)	기본 DPM (one-way)	유체에 영향 거의 없음
0.1% ~ 10%	2way DPM(or 4way)	유체에 영향 가능성 있음.
> 10%	4way: Eulerian-Eulerian or DDPM or DEM	DPM 가정 위배 다른 모델 권장

Volume Fraction

권장 모델

설명

< 10⁻³ (0.1%)

기본 DPM (one-way)

유체에 영향 거의 없음

0.1% ~ 10%

2way DPM(or 4way)

유체에 영향 가능성 있음.

> 10%

4way: Eulerian-Eulerian or DDPM or DEM

DPM 가정 위배