EDEM-CFD 연성해석

사이클론을 이용한 분말 입자의 교반이나 코팅 그리고 공압 이송 시스템 등 많은 산업 분야에서 입자와 유동의 상호작용을 다루고 있다. 입자의 궤적을 보는 수준의 연성해석은 대부분의 유동해석 소프트웨어가 제공하고 있다. 그러나 유동에 의한 입자의 거동과 함께 입자간, 혹은 입자-장비간 충돌 그리고 점성, 탄소성 거동을 동시에 계산하기 위해서는 DEM-CFD 연성해석이 필요하다.

■ 심정길 | EDEM Korea의 지사장으로 입자해석 기술지원과 컨설팅을 맡고 있다.
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DEM-CFD 모델링의 개요
DEM-CFD 모델링에서는 유체와 고체의 상호작용이 주 관심대상이다. 이것은 고체벽과 유체의 상호작용이 아닌 유체 내에 분산되어 있는 고체 입자에 대한 것이다. 이러한 해석을 통해서 유체 내에서 고체 입자의 거동을 알 수 있을 뿐 아니라. 다시 고체 입자가 유체의 흐름에 미치는 영향도 알 수 있다. 다음은 유체-고체 시스템의 예이다. 
농업용 기계는 전형적으로 농작물을 수확하거나 토양을 운송한다. 일부의 기계는 기류를 사용하여 재료의 흐름을 제어한다. 따라서 이런 경우 기류에 대한 예측과 고체 입자 사이의 상호작용에 대한 이해가 필요하다.
철강 산업에서 고로는 연료, 광석 및 플럭스 층, 고온 고압의 가스 흐름을 결합하여 용해된 금속을 생산한다. 이 경우 유체-고체 시스템에 열이라는 또 다른 요소가 추가되지만, 여전히 기체와 상호작용하는 입상 물질의 거동이 중요하다. 공압 이송에 대한 시뮬레이션을 통해서 이송 중인 재료와 가스 사이의 상호 작용에 대한 예측은 시스템의 효율 계산할 수 있게 해주어 최적의 시스템 설계를 도와줄 수 있다.
컴퓨터 그래픽스는 이제 영화에서 많은 장면을 대체하고 있다. 이러한 장면들이 현실적인 물리 거동을 무시하게 되면 관객은 금방 알아차리게 된다. 폭발 장면에서 파편이 비현실적으로 거동한다면 영화에 대한 몰입감이 떨어질 것이다. 이러한 영역에서도 DEM-CFD가 활용되고 있다.

그림 1. DEM-CFD의 활용 예시