전산유체해석에서는 컴퓨터가 자동으로 벽면을 인식하지 못하지 때문에 사용자가 반드시 정의해주어야만 합니다.
실제 현상에서도 고체와 달리 유체는 스스로 형태를 유지할 수 없기 때문에, 컵이나 배관 같이 유체의 형태를 잡아주는 외벽이 존재하며, 이를 벽면 경계조건으로 정의합니다.
유체는 해당 벽면 경계의 내부나 외부에서 흐르게 되며, 이 벽면 경계로 흐르게 될 경우 유체는 더이상 흐르지 못하고 방향을 전환하게 됩니다.
NFX CFD에서 벽면조건은 없음/점착/비점성/무차원벽면거리적용/벽면거리적용 5가지로 구분됩니다.
각각에 대해서 이해하고 해석목적에 따라 적절하게 반영하는 것이 중요합니다.
벽면조건의 종류
1) 없음(None)
- 벽면이 아닌 경우 선택합니다. 유체는 통과할 수 있지만 파티클은 통과할 수 없는 경우 벽면종류를 "없음"으로 선택한 후 파티클 벽면 종류를 설정하면 됩니다.
2) 점착 벽면(No Slip Wall)
- 벽면 경계에서 속도가 0으로 설정됩니다. 점착 벽면을 구현하기 위해서는 속도경계층을 표현할 수 있을 정도(viscous sublayer 에 7~8개 정도의 요소가 필요함)로 요소망이 조밀해야 합니다.
3) 비점성 벽면(Inviscid Wall)
- 물체 벽면에 마찰이 없는 완전 미끌림 조건이 적용된 벽면 경계조건입니다. 비점성벽며에서 면에 수직 속도는 0 입니다.
- 슬로싱(Sloshing) 문제나 댐 파괴(Dam break) 문제와 같이 벽면의 마찰이 중요하지 않은 문제에 적용합니다.
- 대칭면 대신 사용가능 합니다.
4) 무차원 벽면거리 적용 벽면(Dimensionless Wall Distance applied wall)
- 무차원 벽면거리 y+ 를 사용하여 벽법칙(Law of Wall)을 적용한 경계조건입니다.
- 무차원 벽면거리수를 통해 벽면 주변에서 전단응력(마찰력)을 계산하게 됩니다.
- 이때, 입력해야 하는 무차원 벽면거리수는 벽면(Wall) 창에서 무차원벽면거리적용 입력으로 정의됩니다.
- 유체응력거리의 추천 입력값은 midas NFX CFD 해석메뉴얼에 상세히 기입되어 있습니다.
5) 벽면거리 적용 벽면(Wall Distance applied wall)
- 무차원 벽면거리 적용과 유사한 벽면 조건입니다.다만, 무차원 수가 아닌 실제 거리를 입력하게 됩니다.
- 일반적으로 벽면에 지정한 요소크기의 40% 정도를 입력합니다.
추가로, midas NFX CFD 에서는 요소망변형 모듈을 통해 벽면 경계조건의 이동 및 변형을 정의할 수 있습니다.