전산 유체 역학 이란 유체 현상을 기술한 비선형 편미분방정식인 나비에 스토크스 방정식(Navier-Stokes, eaquation)을 유한차분법 유한차분법(FDM: Finite Difference Method), 유한요소법(FEM: Finite Element Method), 유한체적법(FVM: Finite Volume Method) 방법들을 이용하여 이산화하여 대수 방정식으로 변환하고, 이를 수치해석적으로 해를 구하는 것이다.
또한, 유체의 움직임을 수학적으로 표현한 나비에 스토크스 방정식에서 아직 엄밀한 해를 구할 수 있지는 않으며, 사용자가 관심 있는 영역에 한정하여 여러 공학적인 가정을 적용하여 계산하는 것을 말하기도 한다.
전산 유체 역학에서는 컴퓨터의 발달로 과거에는 계산하기 어려운 부분을 단시간에 계산을 하여 수치해석 적으로 모사함으로써 시간, 비용적인 면들을 많이 절감 시켜준다. 실제로 산업 여러분야 적용 되어서 많은 도움을 주고 있다. 예로 항공기 형상, 선박 및 자동차 외형 등의 설계, 환풍기, 내부유로 설계 등의 다양한 분야에 적용되고 있다.
나비에 스토크스 방정식(Navier-Stokes, eaquation)은 아래와 같이 밀도, 시간, 압력 등으로 이루어져 있는 식이다. 유체의 작용하는 힘과 운동량을 서술하고 있다. 다음에 보다 더 자세히 서술하도록 하겠다.
전산 유체 역학 시물레이션 과정 모델링→격자생성→경계조건→해석진행→후처리의 과정을 가진다. 모델링은 해석하고하는 부분을 간단하게 정의하고, 이를 격자생성 프로그램으로 불려와서 격자를 생성한다. 격자 생성시 격자의 질을 생각하고 진행해야 하며, 격자의 질이 좋지 않으면 해석진행에서 오류가 발생 할 수 있다. 경계조건은 해석 결과를 토출하기 위한 초기세팅 값이다. 이를 통해 해석진행을 하고 후처리를 통해 결과 값을 얻는다.
해석진행시 사용되는 대표적인 사용 해석 Tool은 ANSYS CFX, FLUENT, OpenFOAM 등이 있다. 후처리 Tool은 CFX, Tecplot 등이 있다.
현재 CFD로 실험을 전체적으로 대체할 수는 없다. 다만 실험에 들어가는 비용과 시간 등을 줄여줄 수 있으며, 해석 결과물을 통해 사전에 오류를 개선 할 수 있다. 앞으로 기술이 더욱더 발전이 된다면 오로지 CFD를 통한 결과물이 나오지 않을까 기대해본다.
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