이러한 동작원리에 따라서 회전체의 구조적 특성과 동시에 펌프하우징 내의 유동에 대해서 연구가 필요하다. 이러한 연구 중 가장 어려운 점이 회전하는 구조체 주위의 유체격자를 어떻게 디자인 할 것인가가 중요하다. 구조체의 움직임에 따라 움직이게 되는 주변의 유체가 일정이상의 이동이 발생시 격자 자체의 ratio가 변화가 많이 일어나게 되고 이를 자동적으로 수정을 해주는 기법이 필요하다. 특히 스크류펌프에서는 펌프하우징과 펌프간에 아주 좁은 공간밖에 존재하지 않으므로 자동 격자 수정작업이 더욱 필요한 분야이다.
ADINA에서는 SAM(steered adaptive meshing)기법을 사용하여 CFD 또는 FSI 해석시 이러한 기능이 사용가능하다. 특히 steady-state에서 더욱 유용하고 몇 가지 설정만 지정하면 손쉽게 이런 기능을 이용할 수 있다.
해석모델은 두 스크류간의 압력과 속도변화를 통해 유체의 이송 특성을 보기 위하여 불필요한 입구와 출구형상은 제외하고 두개의 스크류 형상과 하우징 내부의 유체를 모델링하였다. 두 스크류에 일정한 rpm을 적용하였다. 그리고 SAM설정을 하여 다음의 그림과 같이 지정한 mesh quality 이상으로 변형이 되면 mesh가 수정이 되게 하였다. 양 스크류가 근접한 지점에서 mesh가 수정되는 모습을 볼 수 있다.
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[그림1]
스크류형 펌프의 일반적인 구조와 동작중 펌프 내에 유입된 가스는 다음의 그림과 같다. 동일한 형태의 한쌍의 스크류가 맞물려 있는 구조를 가지는데 하나의 전기 모터에 의해 발생되는 구동력이 기어를 통하여 양 스크류에 전달된다. 이 때 스크류-하우징 내면과 스크류-스크류 사이에 형셩된 공간(Trapped volume)이 흡입구에서 배기측으로 이동하게 된다. 스크류 양 끝단으로 이동된 배기가스는 펌프하우징에 연결된 배기 파이프를 통하여 외부로 배출되게 된다.
[그림2] Screw-type dry vacuum pump
이러한 동작원리에 따라서 회전체의 구조적 특성과 동시에 펌프하우징 내의 유동에 대해서 연구가 필요하다. 이러한 연구 중 가장 어려운 점이 회전하는 구조체 주위의 유체격자를 어떻게 디자인 할 것인가가 중요하다. 구조체의 움직임에 따라 움직이게 되는 주변의 유체가 일정이상의 이동이 발생시 격자 자체의 ratio가 변화가 많이 일어나게 되고 이를 자동적으로 수정을 해주는 기법이 필요하다. 특히 스크류펌프에서는 펌프하우징과 펌프간에 아주 좁은 공간밖에 존재하지 않으므로 자동 격자 수정작업이 더욱 필요한 분야이다.
ADINA에서는 SAM(steered adaptive meshing)기법을 사용하여 CFD 또는 FSI 해석시 이러한 기능이 사용가능하다. 특히 steady-state에서 더욱 유용하고 몇 가지 설정만 지정하면 손쉽게 이런 기능을 이용할 수 있다.
해석모델은 두 스크류간의 압력과 속도변화를 통해 유체의 이송 특성을 보기 위하여 불필요한 입구와 출구형상은 제외하고 두개의 스크류 형상과 하우징 내부의 유체를 모델링하였다. 두 스크류에 일정한 rpm을 적용하였다. 그리고 SAM설정을 하여 다음의 그림과 같이 지정한 mesh quality 이상으로 변형이 되면 mesh가 수정이 되게 하였다. 양 스크류가 근접한 지점에서 mesh가 수정되는 모습을 볼 수 있다.
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[그림4] 동영상 파일보기▶
[그림3] SAM을 적용한 mesh model [그림4] 펌프 하우징 내부 유체의 속도
이러한 기능들을 이용하여 내부의 압력변화를 통하여 내부 유체의 압축되는 분포를 예측할 수 있으며 실제 유체가 이송되어지는 과정들을 예측할 수 있게 한다. 또한 내부 유체의 속도를 이용하여 배출구 부분의 유량을 예측할 수 있어 펌프 기능에 대한 평가가 가능하다.
이 외에도 급격한 유동속도 변화하는 경우, 구조 부분의 변형이 심한 경우 그리고 회전체가 포함된 해석에서 SAM기능은 유용하게 사용가능 할 것이다.
[그림5] 동영상 파일보기▶
[그림5] 펌프 내부 유체 압력