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AcuSolve™

High Fidelity FEM CFD Solver

AcuSolve™

강력한 범용 유동 솔버

선진 기술, 정확한 결과

AcuSolve는 Galerkin/Least-Squares(GLS)

유한요소법을 기반으로 한다. GLS는 높은

수준의 정확도를 가지면서도 안정된 공식화

방법으로 압력을 포함한 모든 변수에 동일 차수

nodal 보간을 사용한다. 이 방법은 모든 작동

조건하에서, 그리고 모든 메쉬에 대하여 관련된

양들의 로컬 및 글로벌 보존을 유지하도록

특별히 고안되었다.

우수한 공간 정확도에 더하여, AcuSolve는 이차

시간 적분 옵션을 가지고 있다. AcuSolve는 각

Time step 내에서 빠른 비선형 수렴성을 갖기

때문에, 실제적인 시간 정확도가 얻어진다.

AcuSolve는 아주 다양한 수학적 토대, 즉 최고의

수치적 거동을 가지고 있다. AucoSolve는 가장

대규모이고 가장 복잡한 필수적인 산업 현장의

문제들을 쉽게 해결할 수 있다.

강력한 솔루션

AcuSolve는 일반적으로 주어진 문제를 첫

번째 시도에서 해결한다. AcuSolve의 효율적인

정상상태 솔버를 사용함으로써, 완벽히 수렴하는

솔루션을 확실하게 얻을 수 있다. 솔루션이 최종

결과에 접근할 때에도 비선형 수렴성은 견고히

유지된다.

2개의 핵심 요소가 이러한 강건성의 원인이다.

GLS 유한요소 공식화와 완전히 커플링된 압력/

속도 방정식 시스템에 대한 새로운 Iterative

선형 방정식 솔버. 이 강력한 Iterative 솔버는

매우 안정적이며, 완전히 자동화된 메쉬 생성기

들에서 흔히 생성되는 높은 Aspect ratio와

심하게 왜곡된 요소를 갖는 비구조(Unstructured)

메쉬를 효율적으로 다룰 수 있다. 이 선형 솔버는

많은 상용 비압축성 유동 솔버들에서 흔히 볼 수

있는 분리된 해석 절차들을 능가하는 안정성과

수렴성 측면에서 장점이 있다.

빠른 속도, 병렬 성능

AcuSolve는 아래의 3가지 메커니즘을 통해 빠른

솔루션을 달성한다.

• 완전히 커플링된 압력/속도 방정식 시스템에

대한 솔루션. 이 솔루션은 매우 빠른 선형 및

비선형 수렴 속도를 제공한다.

• 벡터 및 캐쉬 기반 슈퍼 스칼라 컴퓨터를 위해

완전히 새로 설계된 메커니즘

• 모든 알고리즘은 하이브리드 분산/공유 메모리

(MPI/OpenMP) 병렬 모델을 이용하여, 다중

코어 병렬 클러스터를 위하여 설계되었다.

이러한 병렬 처리는 최종 사용자에게 완전한

투명성을 제공한다.

AcuSolve는 선도적인 범용 유한요소 기반의 전산유체역학(CFD) 유동 솔버로, 우수한 강건성, 속도 및 정확성을 갖추고 있다. AcuSolve는 전문지식의 수준에 상관없이 모든 설계자와 연구자들이 사용할 수 있으며, 독립적으로 또는 강력한 설계 및 해석 어플리케이션과 매끄럽게 통합되어 사용될 수 있다. AcuSolve를 이용함으로써, 사용자는 반복적인 해석과정 없이, 또는 메쉬의 품질이나 토폴로지에 대한 걱정없이 고품질의 솔루션을 빠르게 얻을 수 있다.

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Isosurface of Turbulent Structure From Large Eddy Simulation (LES) of Flow Over a Smooth Cylinder at Re = 140,000.

AcuConsole - 강력한 GUI 기반

전처리기

AcuSolve는 강력하고 사용하기 쉬운

GUI 기반의 전처리기인 AcuConsole을

갖추고 있다. AcuConsole은 대부분의

3D CAD 모델과 호환되는 메쉬 생성기를

내장하고 있으며, 다양한 포맷의 메쉬를

Import할 수 있다. 또한, 직관적인 메뉴

구조를 통하여, 사용자가 완전하게

문제를 정의하고, 인풋 파일을 생성하여,

AcuSolve를 실행하도록 도움을 준다.

CAE 자동화는 Python 스크립트 언어를

통해 가능하며, 사용자가 특정한

어플리케이션을 위한 메뉴 및 함수를

커스터마이징할 수 있도록 해준다.

“AcuSolve has been a staple at Whirlpool since 2004. The speed, accuracy and robustness of AcuSolve have allowed us to take simulation to the next level. AcuSolve is key to our simulation based design strategy.”

Thomas P. Gielda Director, Global Mechanical Structures and Systems Whirlpool

AcuSolve 시뮬레이션특징 및 기능

• 3차원 보존 방정식

- 비압축성 & 약압축성 Stokes 및 Navier-

Stokes 방정식

- 열 해석과 복합(conjugate) 열전달

- 다층 Thermal shell 방정식

- 다종 수송 방정식

• 복사

- 회색체 밀폐 복사

- 형태 계수(View-factor) 계산(병렬)

- 태양 복사 모델

• 난류 모델

- 1 & 2 방정식 RANS 모델

- Smagorinsky 및 동적 Sub-grid scale LES

모델

- 하이브리드 RANS/LES (DES) 및 (DDES)

모델

• Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) 공식화

- 유연한 메쉬 이동

- 자유 표면 시뮬레이션

- 가이드 표면 기술

- 슬라이딩 메쉬 기술

• 강력한 사용자 정의 함수(UDF) 기능

- 재료 모델, Source term, 경계 조건 등의

정의가 가능

- 외부 프로그램과의 클라이언트-서버

인터페이스

• 컴포넌트 기술

- Fan 컴포넌트

- 열 교환 컴포넌트

• Multiphysics 기능

- 강체 동역학 커플링

- Practical Fluid/Structure Interaction (P-FSI)

- Direct-Coupling Fluid/Structure Interaction

(DC-FSI)

• 전산공력음향 (CAA) 시뮬레이션 지원

• 비구조 메쉬 지원

- 4-노드 테트라, 5-노드 피라미드, 6-노드

웨지, 8-노드 brick, 10-노드 테트라 요소

• 매우 효과적인 솔버 기술

- 완전히 커플링된 압력/속도 방정식

시스템을 위한 새로운 매우 효과적인

iterative 솔버

- 완전히 커플링된 온도/유동 iterative 방정식

솔버

- 사용자에게 투명성을 제공하는, 공유 및

분산 메모리 장비에서의 완전한 병렬 처리

• 입자 추적기(Particle tracer)

- 빠르고 정확한 병렬 입자 추적기

- 층류 및 난류 확산

AcuConsole 특징 및 기능

• CAD 또는 메쉬로부터 시뮬레이션 생성

- Import 지원 지오메트리:

PTC Pro/ENGINEER, Parasolid, ACIS,

Discrete, Dassault Catia V5

- Import 지원 메쉬:

ANSYS ICEM-CFD, MSC FluidConnection,

CEI Harpoon, Altair Hypermesh, Pointwise • CAD로부터 메쉬 생성

- 자동 테트라 메쉬 생성기

- 경계층 기능

- 표면, 볼륨, 임의의 영역에 대한 완전한

메쉬 사이즈 조절

- 진보된 압출 및 주기적 메쉬 생성 기능

• GUI 환경에서 모든 설정이 가능

- 많은 지능적인 디폴트 값을 보유

• 솔버 실행

- 대화형 또는 배치 모드

- 진행 모니터가 실시간 피드백 제공

• 시각화 패키지와의 직접적인 인터페이스

- EnSight, Fieldview, Paraview

• 쉽게 사용하기 위한 커스터마이징

- CAE 자동화

지원 플랫폼

• Windows XP/Vista/Windows 7 (32 and 64 bit)

• Windows HPC Server 2008 • Linux (x86, x86-64 and Itanium) • HP-UX (PA-RISC and Itanium)

Wind Energy: Turbulent Flow in the Wake of a Three-bladed Wind Turbine Rotor

Automotive: Iso-surfaces of Acoustic Source Strength in an Automotive Blower Application

Electronic Cooling: Thermal Flow Solution of a Diverging Fin Heat Sink

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AcuSolve™

복잡한 해양 설계 문제에 대하여 최고로 입증된 CFD 솔루션

가장 복잡한 설계 문제를위한 AcuSolve

해양 산업계가 직면한 엔지니어링 문제들은

가장 어려운 과제들 중 몇 가지를 포함하고

있다. 다분야 설계 및 유체 유동과 구조가

커플링된 현상의 시뮬레이션에 대한 요구로

인해 전통적인 구조 해석과 CFD 솔루션은 종종

그 자체로는 불충분한 면이 있었다.

AcuSolve는 가장 효율적이고, 정확하며,

강건한 솔루션중의 하나로서, 복합적인

문제를 올바르게 해석하여, 설계의 신뢰성을

향상시키고, 물리적인 모델 시험과 관련된

시간과 비용을 감소시킬 수 있는 능력을 설계자

및 엔지니어들에게 제공해 준다.

Galerkin/Least Squares (GLS) 유한요소법을

기반으로 하는 AcuSolve는 강건성, 속도 및

정확성이 우수한 선도적인 범용 유한요소 기반

CFD 유동 솔버이다. AcuSolve는 Arbitrary

Lagrangian-Eulerian (ALE) 메쉬 이동 및

자유 표면, Fluid/Structure Interaction (FSI),

Detached-Eddy Simulation (DES) 및 과도난류

모델 기능을 이용하여, 파동의 영향, 다중 구조

라이저(riser)의 형상과 비선형 응답을 포함한

움직임, 해저면과의 상호작용, 경계층에서의

과도난류, 유동박리, Wake-free 전단 및 해양

구조물에서 나타나는 다른 복합적인 문제들을

해석한다.

복합적인 FSI 문제 해결

FSI와 유체력에 대한 응답을 시뮬레이션하기

위해 2가지 강력한 FSI 기능이 AcuSolve에서

제공된다.

• Practical FSI (P-FSI)는 선형 솔리드/구조

응답을 예측한다.

• Direct-Coupled FSI (DC-FSI)는 대변형 및 비선형 솔리드/구조 응답을 예측한다.

해양 시뮬레이션의 광범위한 진전은 이 두가지

기능에 기초하여 이루어졌다(왼쪽 그림 참조).

긴 라이저의 경우, 첫 번째 방법을 사용하여,

라이저에 대한 선형 진동해석 모델 또는 모달

해석을 이용하여 라이저의 구조를 모델링

한다. 선형 모델은 AcuSolve에서 FSI 솔루션의

하나로서 풀게 된다. 길이/직경 (L/D) 비율이 4000

이 넘는 아주 긴 라이저의 응답은 이 방법으로

모델링되어 왔다. AcuSolve에서 이용할 수 있는

두 번째 방법은 CFD 솔루션을 Abaqus와 같은

비선형 솔리드/구조 코드와 직접 커플링하는

것이다. 이것은 제 삼의 소프트웨어를 전혀

개입시키지 않고 이루어진다. 이러한 커플링

방법은 대변형, 재료 비선형 또는 복합 접촉에

기인하는 비선형 구조 응답을 나타내는 과도해석

문제에 대하여 우수하다.

해양 산업은 정교한 엔지니어링 솔루션이 요구되는 첨단 기술 산업이다. 경쟁력을 유지하기 위해, 업계 리더들은 지속적으로 엔지니어링 문제에 대한 더 나은 솔루션을 찾고 있다. 전산유체역학(CFD)은 그러한 솔루션 중의 하나이며, 업계에서 그 중요성이 증가하고 있다. CFD 솔루션은 전에는 제한적 요소였던 설계 변경을 고안하고 입증하는데 도움을 주고, 해양 석유 및 가스 생산 플랫폼의 고장시간을 감소시켜 줌으로써, 석유 생산 증가에 직접적으로 공헌하고 있다.

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Spar Vorticity Magnitude Calculation

최고로 입증된 솔루션

AcuSolve는 사용하기 쉬운 프레임워크로 입증된

고품질의 솔루션을 제공한다. 가장 어려운

설계문제를 완수한 몇 가지 예는 다음과 같다.

• 파도와 기타 해류의 작용을 받는 스파 및

플로터에 대한 계류 시스템 설계 - 특히,

플랫폼의 와류 유도 운동(VIM) 가능성이 있는

경우. 관련된 문제는 부체가 서로 계류될 때

불리한 움직임이 예상된다는 것이다. 이러한

문제를 해결하기 위해, 엔지니어들은 종종

비싸고 시간소모가 많은 예인 수조 시험에

의지한다. AcuSolve는 CFD를 이용하여

몇몇 예인 수조 시험을 대체하거나 보충해줄

수 있으며, 따라서 빠른 솔루션과 탐구적

연구를 위한 기회를 제공해줄 수 있다는 것을

증명하였다.

• Moon pool의 움직임, 탱크내의 Sloshing 및

관련된 내부/외부 유동 문제의 억제

• 라이저와 기타 구조물(부표에서 점퍼 및

이송 라인까지)의 와류 유도 진동(VIV), 갑판

상부 구조물의 바람에 의한 진동. 특히,

엔지니어들은 종종 이러한 구조물에 많은

비용이 드는 Strake 또는 Fairing을 사용할지

여부를 결정해야 한다. 최근까지, 긴 라이저의

피로설계 해석은 간단한 휴리스틱 모델과 관련

소프트웨어에 의존했었다. 그러나, AcuSolve

를 이용한 최근의 솔루션은 긴 라이저에 대한

FSI 모델링이 가능하며, 기본 원리로부터

라이저의 VIV 예측을 약속해 준다는 것을

입증하였다.

• 자연대류를 포함한 열전달 및 냉각 문제

• 연기 기둥, 오염 물질 등의 분산

• 트러스 스파의 트러스 부분에 위치한 이저의

경우와 같은 라이저 집합을 관통하는 합적인

유동의 해석. 라이저 집합이 아닌 하나의

이저를 해석해야 하는 전통적인 툴을 이용하여

VIV 응답을 예측하여 수정하는 것은 특히

어려운 일이다.

AcuSolve는 CFD가 전형적인 석유 업계

프로젝트의 워크플로내에서 설계 프로세스의

일부로서 이용될 수 있다는 것도 입증하였다.

해양분야에서 전산유체역학의 성공은 전체

석유가스 탐사 및 생산 (E&P) 산업에서 CFD의

사용을 지속적으로 유도할 것이다.

AcuSolve는 지속적으로 업계의 선두에 서서

이 분야의 점점 더 많은 문제들을 해결하기

위한 선도적이고 유용한 CFD 솔루션을 제공할

것이다.

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Thermal Plume Study Offshore Platform VIV: Simulation of Influence of Appendages

Offshore LNG Transfer: Pressure Drop in Corrugated Pipe

Riser VIV Simultion with L/D=1400.

AcuSolve™

자동차 CFD 시뮬레이션의 차세대 기술

AcuSolveTM: 자동차 설계를 위한 차세대 CFD 솔루션

AcuSolve는 Galerkin/Least-Square (GLS) 유한 요소 공식화와 새로운 Iterative 선형 방정식 솔버로 인해 자동차 분야 적용을 위한 우수한 CFD “엔진”이 된다. 오늘날, 차세대 배터리와 하이브리드 기술이 고전적인 내연기관의 환경 쓰레기를 대폭적으로 감소시키는 데에 앞장서고 있다. 마찬가지로, AcuSolve의 GLS 유한 요소 CFD 솔버는 비구조 테트라 메쉬를 쉽게 이용함으로써 CFD “쓰레기”를 감소시킨다. 이러한 메쉬들은 n-차원 다면체 격자에 의존하는 고전적인 CFD 유한체적 솔버로는 다루기 어렵다고 판명된 메쉬 품질을 가지고 있는 높은 Aspect-ratio의 경계 요소들을 포함한다. AcuSolve의 GLS 방법론 특유의 Mesh-tolerant 특성은, CFD CAD 모델 워크플로에서 전처리/메쉬 생성 단계를 훨씬 더 효율적으로 만들어 준다. 동시에, 정확한 자동차의 유동과 열 시뮬레이션에 필요한 자세한 형상 정보를 제공한다.

복잡한 FSI 및 CAA 문제 해결

AcuSolve는 Fluid-Structure Interaction(FSI)과 Computational Aero-Acoustic Interaction(CAA)에 대하여 최상의 커플링 기능을 제공한다. 이는 미세한 CFD 메쉬로부터 굵은 FEA 혹은 CAA 메쉬로 유량을 보간할 때 발생하는 에러를 극복하기 위한 AcuSolve의 유한요소 기능을 활용함으로써 가능하다. AcuSolve의 FSI 기술은 CFD 시장에서 가장

진보적인 것이다. AcuSolve는 Direct-coupled FSI 솔루션을 제공하는 업계 최초의 제품으로서, 유체 유동과 구조물의 커플링 현상을 포함하는 복잡한 다분야 설계 문제에 대하여 가장 정확한 결과와 최상의 솔루션을 제공한다.

AcuSolve는 2개의 강력한 FSI 기능을 제공한다. Practical FSI(P-FSI)는 유체력에 대한 선형 솔리드/구조 반응을 예측한다; Direct-Coupling FSI(DC-FSI)는 유체력에 대한 대변형과 비선형 고체/구조 반응을 예측한다. DC-FSI는 대변형, 재료 비선형성 및 복합적인 접촉으로 인해 비선형 구조 반응을 나타내는 과도해석 문제에 우수하다. CAA에 대하여, 이러한 진보된 커플링 기능은 HVAC 송풍기와 엔진 팬의 회전으로 생성되는 dBA 레벨을 정확하게 예측한다.

사용의 용이성 및 CAE 자동화

AcuSolve는 독립형으로 또는 기존의 SLM/PLM

워크플로에 쉽게 통합되어 사용될 수 있다. 또한,

전문지식의 수준에 상관없이 모든 엔지니어와

과학자들이 사용할 수 있다.

효율적이고 Tolerant한 자동 메쉬 생성기에

더하여, AcuSolve는 우수한 CAE 자동화 기능도

가지고 있어, 사용자로 하여금 특정 분야에

대하여 메뉴와 함수를 커스터마이징 함으로써,

대폭 줄어든 솔루션 시간에 아주 정확한 결과를

얻을 수 있게 해준다.

전산유체역학(CFD)은 기체역학, 항공음향학 및 열 관리와 같은 전통적인 어플리케이션에서 전기 및 하이브리드 차량의 배터리 시스템, 첨단 디젤 엔진 및 무선 승객 편의장치에 이르기까지, 다년간 자동차 설계에 있어 중요한 역할을 해왔다. 신뢰할 수 있고 에너지 효율적인 운송수단에 대한 요구가 증가함에 따라, CFD 솔루션에 대한 요구가 예전보다 커졌다. 자동차 엔지니어들은 설계문제를 보다 빠르고, 보다 정확하고, 보다 쉽게 풀 수 있는 보다 나은 CFD 기술을 지속적으로 찾고 있다.

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쇽 업소바 밸브 변형 : 구조해석 코드로 계산된 모드형상에 기초하여 변형을 계산 하기 위하여 AcuSolve P-FSI 방법론을 이용. 밸브와 피스톤의 간극은 0.010mm(초기 간극)에서 0.117mm 사이이다.

“AcuSolve is a key CFD program used daily at Visteon for thermal analysis and optimization. It is fully integrated into our Simulation Based Design technology and directly contribute to Visteon's improved thermal modeling performance and shortened time to market.”

Michael Hesse Technical Fellow Visteon

최고로 입증된 솔루션

수년간 자동차 엔지니어들은 많은 CFD 문제들에 AcuSolve의 광범위한 기능들을 적용해 왔다.

• 중요한 형상과 유동 특성을 표현하기 위한 1000~5000만 요소의 자동차 모델들은 AcuSolve에서는 일상적인 것이며, 대량 병렬시킨 소프트웨어 아키텍처를 이용하여 쉽게 다룰 수 있다.

• 정상상태 계산을 위한 Spalart/Allaras 난류 모델로부터 정확한 과도 시뮬레이션을 위한 Detached Eddy Simulation(DES) 난류 모델까지 다양한 최신의 난류 모델

• 엔진 쿨링팬과 HVAC 송풍기 휠과 같은 회전 장치를 위한 Multiple Reference Frame(MRF)과 이동 메쉬 기능

• 배기 매니폴드와 배기 차폐장치, 엔진 룸 냉각과 같은(심지어 고온의 다중 매질의 밀도와 다른 전자기기에 기인한 IP 열 효과 이면의) 자동차의 밀폐 복사 효과를 위한 빠른 병렬 형상계수(View factor) 솔버

• Low convection 또는 포획된 공기층에서의 미세한 부력 주도 열 유동에 대한 Boussinesq 밀도 모델

• 열교환기의 핀과 튜브, 복잡한 형상의 엔진 팬 등과 같이 미세한 부분의 마찰 및 열 효과를 정확하게 통합하기 위하여 특화된 다공성 매질, 열교환기, 환형 팬 및 선형 열원 모델

• 승객의 안락감 모델링과 더운 날씨에서의 차량시험을 위한 태양 복사 및 열원 모델

• 헤드램프의 서리 제거에서 HVAC 송풍기 휠의 토크 곡선 제공까지 수많은 다른 설계 문제들을 처리하기 위한 승수함수, 사용자 정의 함수 및 부가적인 스칼라 이류/확산 방정식

전산유체역학의 성공은 자동차 설계에서 CFD의 사용을 지속적으로 유도할 것이다.

AcuSolve는 지속적으로 업계의 선두에 서서 이 분야의 점점 더 많은 문제들을 해결하기 위한 선도적이고 유용한 CFD 솔루션을 제공할 것이다.

Passenger Car Occupant Comfort: Air Temperature on Mannequins Shown. Interior Cabin Temperatures Are Predicted Over Entire Transient Simulation.

10 Minutes 20 Minutes 30 Minutes

Automotive Air Handling Automotive Engine CoolingAutomotive Heat Exchange

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