유동 해석 소프트웨어, BarracudaVR
주요 CAE 소프트웨어 소개
유동 해석 소프트웨어
BarracudaVR
■ 개발 : CPFD software, www.cpfd-software.com
■ 자료 제공 : 경원테크, 031-706-2886, www.kw-tech.com
BarracudaVR(바라쿠다브이알)은 Fluidization 응용시설의 생산성 및 신뢰성을 극대화하기 위해, 반응기 내부의 particle 및 작동 유체의 거동과 열화학적 변화를 수치적으로 모사하는 simulation tool로서, simulation을 통한 engineering approach로 trial&error를 감소시킬 수 있다.
1. 제품의 주요 특징
(1) Eulerian & Lagrangian 수치기법 혼용
1) MP-PIC(Multi-Phase Particle In Cell) 기법은 Fluidization 현상에 대해서 Eulerian/Eulerian continuum models과 Eulerian/Lagrangian discrete model의 장점만을 융합시킨 수치 기법이다.
2) Control volume(Cell)에서 Particle과 Fluid에 대한 continuum conservation equation를 계산한 후, Lagrangian particle에 mapping하여 particle의 상태 및 거동을 계산한다.
(2) PSD(Particle Size Distribution)
1) BARRACUDA는 초기 조건으로, 각각의 particle 군집에 대한 분포를 입력할 수 있으며, 이러한 분포함수는 각종 지배 방정식의 해를 통해서, 각 cell 및 particle에 업데이트되므로, 유저는 Eulerian, Lagrangian 관점의 결과를 각각 확보할 수 있다.
(3) Particle Collisions, Particle-wall Deflections
1) 일반적인 Continuum 관점의 Fluidization flow model은 실제 particle을 가속시키는 요소 중에 하나인, solid stress를 고려할 수 없으며, 관련하여 Phase Momentum Exchange도 모델링 되어 있다. 그러나 BARRACUDA는 Solid Stress가 직접 적용되며, Momentum Exchange 정의도 실제 물리적 지배방정식에 근거하고 있다.
(4) LES
1) BarracudaVR는 LES를 기본 난류 모델로 채택하고 있다. 그럼에도 불구하고, 최적화된 격자 시스템에 의해서 RANS 모델에 비하여 계산 시간에 큰 손해를 수반하지 않는다.
(5) Chemical Reaction
1) 일반적인 homogeneous Reaction뿐만 아니라 heterogeneous reaction에 대한 적용이 가능하며, multi-material particle을 적용시킬 수 있어 순수한 물질의 입자 반응뿐만 아니라 석탄과 같은 입자의 반응도 가능하다. 또한 volume-averaged뿐만 아니라 개별입자의 Discrete reaction도 지원하여 입자 반응에 적합하도록 설계되어 있다.
(6) Particle Collisions, Particle-wall Deflections
1) Barracuda는 병렬계산을 위하여 GPU를 사용하며 일반적으로 GPU는 코어 자체의 명령어 처리 성능이 떨어지지만 수 천개 이상의 코어를 확보할 수 있고 이로 인해 CPU 대비 8배 이상의 성능을 향상시켰다.
(7) 다양한 경계조건
1) 일반적으로 상업용 반응기의 스케일은 너무 커서 현실적으로 해석이 불가능하다. 따라서 이를 보완하기 위하여 시간에 따른 유량, 온도, 압력 등을 조절뿐만 아니라 두 개 이상의 경계를 연결하여 다양한 조건을 해석할 수 있다.
2. 주요 활용 분야
(1) 산업 분야
1) CFBC/BFB/Gasifier/Steam reformer/Chemical looping combustion/Emission trends & reduction
2) FCC regenerator/FCC Riser/FCC stripper/Afterburn/Upstream Oil & Gas/Cement industry
(2) 활용 분야
1) 성능저하의 원인 파악, 운전조건 변경, 반응기 형상변경 및 운전조건 변경에 따른 위험부담 최소화
2) 제품 생산량 및 한계점 예측, 배출가스 생성의 경향 및 배출가스 감소 (e.g., NOx, SOx, CO)
3) Start-up, turndown, troubleshooting, 유동화 패턴(spouted-bed, bubbling bed, turbulent bed)
4) Gas와 particle의 체류시간 및 분포
5) Particle 사이즈에 따른 비말 동반율, Particle과 gas의 mixing 프로파일
6) 온도 프로파일 (hot or cold spots), Solid flux, circulation rates, choked flows
7) 벽면과 내부의 마모 위치, Cyclone loading, Reactor 신뢰도 평가
8) 제품의 수율, 전환율, 질적향상, Scale-up, 반응기 형상 최적화, 연료변경
3. 주요 고객 사이트
■ SK innovation, RIST, 남부발전, 전력연구원, POSCO, 생산기술연구원 등
좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다.
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작성일 : 2023-02-04