응용 전산 유체 역학 from Coursera

이 글을 읽고 계신다면 Simcenter STAR-CCM+ 소프트웨어 또는 다른 CFD 도구를 사용하는 응용 CFD(전산 유체 역학)를 살펴보는 데 관심이 있으시기 때문일 것입니다. 이 강좌는 업무 능력을 개선하고 커리어 또는 교육 경력을 발전시키는 첫걸음이 되어 줄 것입니다.

이 강좌는 흐름 물리학 및 전산 유체 역학 지식을 기반으로 흐름 및 열 전달 문제에 대한 최상의 해법을 가장 효율적으로 얻을 수 있도록 지원하기 위해 마련되었습니다. 이 강좌에서는 특정 소프트웨어를 사용하는 방법에 대한 지침을 다루지 않습니다. 이 강좌에서 보여주는 모든 시뮬레이션에는 Simcenter STAR-CCM+가 독점적으로 사용되었습니다. 그러나 기능이 동일하기만 하면 다른 공용 또는 상용 소프트웨어를 사용하더라도 동일한 학습 결과를 얻을 수 있습니다.

What's inside

Syllabus

응용 전산 유체 역학

1주 차에는 기본 흐름 모델(Euler, Navier-Stokes 및 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) 방정식) 소개에서 다루는, 하단 벽에 반원형 장애물이 있는 채널의 흐름, 엔지니어링 응용 사례에서 볼 수 있는 대부분의 흐름(경계층, 전단층, 흐름 분리, 재순환 영역)의 기본 특징, 그리고 이러한 현상을 포함하는 흐름을 시뮬레이션하는 접근 방식을 살펴봅니다. 비점성 층류 및 난류 흐름 간을 구분하는 방법뿐만 아니라 흐름 특징을 시각화하고 분석할 수 있는 방법과 흐름 체계에 대한 지식이 컴퓨팅 그리드의 설계와 선택한 물리 모델 및 시뮬레이션 매개변수에 어떻게 영향을 미치는지 설명합니다. 마지막으로 시뮬레이션의 효율성을 높이는 방법과 이산화 오차를 추정하는 방법을 알아봅니다.

디퓨저 및 노즐의 흐름

2주 차에는 디퓨저와 노즐의 흐름을 살펴봅니다. 많은 엔지니어링 응용에서 볼 수 있는 흐름 경로의 발산 또는 수렴 단면을 일반적으로 나타낸 것입니다. 발산/수렴 각도가 충분히 높으면 디퓨저와 노즐 모두에서 흐름 분리 및 재순환이 발생합니다. 대칭 디퓨저 형상에서 비대칭 흐름이 나타나며, 노즐에서는 축류가 발생할 수 있습니다. 이러한 현상과 에너지 변환 효율 평가 및 에너지 손실에 대해 설명합니다. 기하학적 요소(확장각/수축각의 변화, 다양한 반경에 따른 모서리 라운딩) 및 디퓨저 벽을 통한 흡입의 효과도 분석합니다. 해법의 그리드 종속성에 대한 자세한 연구를 수행하고 대류 유속에 이산화 차수가 미치는 영향을 분석합니다.

2차 흐름 및 와류

3주 차에는 1차 흐름 경로 외의 다른 방향의 압력 또는 난류 유발 흐름을 살펴봅니다. 덕트 또는 파이프 곡관의 첫 번째 3차원 압력 기반 2차 흐름을 자세히 분석한 다음, 비원형 단면이 있는 덕트의 난류 기반 2차 흐름을 분석합니다. 이러한 현상 이면의 물리학을 설명하고 이를 시뮬레이션하는 방법을 설명합니다. 다음으로 편자형 와류와 끝단 와류를 분석합니다. 이러한 와류 역시 흐름을 일반적으로 표현한 것으로, 본체 접합부 및 자유 팁이 있는 많은 실제 응용 사례에서 살펴볼 수 있습니다. 흐름 물리학, 컴퓨팅 요소(최적 그리드 설계 및 로컬 세분화, 선택한 물리 모델 및 시뮬레이션 접근 방식)에 대해 설명합니다.

원형 실린더 주위의 흐름

4주 차에는 원형 실린더 주위의 흐름을 5~500만의 레이놀즈수로 시뮬레이션하는 방법을 살펴봅니다. 원형 실린더는 직교류에 노출된 유선형 본체를 일반적으로 표현한 것으로, 많은 실제 응용 사례에서 살펴볼 수 있습니다. 레이놀즈수에 따라 흐름은 크리핑, 정상 또는 비정상 층류 또는 난류일 수 있습니다. 흐름 분리 및 재순환은 다양한 형태를 띨 수 있으며, 와류 발산(카르만 와류)이 나타나거나 실린더 표면의 후류, 전단층 또는 경계층에서 난류 전이가 발생합니다. 실린더를 임계 레이놀즈수로 시뮬레이션할 때의 항력 위기와 회전하는 실린더에 대한 매그너스 효과를 모두 설명합니다. 난류를 시뮬레이션하는 다양한 기술(DNS(Direct Numerical Simulation), LES(Large-Eddy Simulation) 또는 다양한 난류 모델을 사용하는 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) 방정식 해법)을 살펴보고 어떤 기술이 어떤 유형의 흐름에 적합한지 설명합니다.

열 전달을 통한 흐름

5주 차에는 고체의 전도, 유체의 자연 대류 및 강제 대류, 복합 열 전달을 포함한 열 전달에 대해 살펴봅니다. 그리고 고체-유체 경계면의 연속체 사이에서 열이 전달되는 방식, 층류와 난류의 차이점, 유체-고체 경계면에서 유용한 컴퓨팅 그리드의 특성, 벽의 프리즘 층이 중요한 이유를 설명합니다. 자연 대류에서 정상 성층과 비정상 성층 간의 차이점, 온도의 유체 특성 종속성을 정확하게 이해하는 것이 왜 중요한지를 중점적으로 설명합니다. 마지막으로, 고체로 분리된 여러 흐름 스트림에서 동시 열 전달을 최적으로 시뮬레이션하는 방법을 설명합니다.

Good to know

Know what's good

, what to watch for

, and possible dealbreakers

응용 전산 유체 역학의 기본 개념과 지식을 쌓을 수 있습니다

단순히 특정 소프트웨어 사용 방법만을 다루는 것이 아니라, 유동 및 열 전달 문제에 대한 최적의 해법을 찾는 방법을 다룹니다

심층적인 내용이 아닌 응용 CFD(전산 유체 역학)의 입문자용 과정입니다

Activities

Be better prepared before your course. Deepen your understanding during and after it. Supplement your coursework and achieve mastery of the topics covered in 응용 전산 유체 역학 with these activities:

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코스 자료를 정리하고 검토하면 강의 내용을 통합하고, 학습을 효율화하고, 시험에 대비할 수 있습니다.

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강의 노트, 과제, 퀴즈를 검토하기
관련 교재 또는 참고 자료 탐색하기
요약, 마인드맵, 플래시카드 만들기

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Career center

Learners who complete 응용 전산 유체 역학 will develop knowledge and skills that may be useful to these careers:

Computational Fluid Dynamics Engineer

Computational Fluid Dynamics (CFD) Engineers use numerical methods to simulate and analyze fluid flow and heat transfer in various engineering applications. This course can help you build a foundation in CFD concepts and techniques, including governing equations, numerical methods, and turbulence modeling. It can also enhance your skills in using CFD software, such as Siemens Simcenter STAR-CCM+, to solve complex fluid flow problems.

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CFD Analyst

CFD Analysts apply CFD software to solve fluid flow and heat transfer problems in various industries, including aerospace, automotive, and manufacturing. This course can provide you with a comprehensive understanding of CFD principles and techniques, enabling you to use CFD tools effectively for problem-solving and design optimization.

See salaries and explore the career path for CFD Analyst

Aerospace Engineer

Aerospace Engineers design, develop, and test aircraft, spacecraft, and related systems. This course can enhance your knowledge of fluid dynamics and heat transfer principles, which are essential for understanding the performance and behavior of aircraft and spacecraft in different flight conditions.

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Mechanical Engineer

Mechanical Engineers design, develop, and test mechanical systems and components in various industries. This course can provide you with a strong foundation in fluid mechanics and heat transfer, which are essential for analyzing and optimizing the performance of mechanical systems, such as pumps, turbines, and engines.

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Automotive Engineer

Automotive Engineers design, develop, and test automobiles and related systems. This course can enhance your understanding of fluid flow and heat transfer in automotive applications, such as engine cooling, aerodynamics, and exhaust systems.

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Energy Engineer

Energy Engineers design, develop, and operate energy systems and technologies. This course can provide you with a solid foundation in fluid mechanics and heat transfer, which are essential for understanding and optimizing the performance of energy systems, such as power plants, heating and cooling systems, and renewable energy technologies.

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Chemical Engineer

Chemical Engineers design, develop, and operate chemical plants and processes. This course can enhance your knowledge of fluid mechanics and heat transfer, which are essential for understanding and optimizing chemical processes, such as mixing, reaction, and separation.

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Biomedical Engineer

Biomedical Engineers apply engineering principles to solve problems in the medical field. This course can provide you with a foundation in fluid mechanics and heat transfer, which are essential for understanding and developing medical devices and treatments, such as blood flow analysis, drug delivery, and tissue engineering.

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Civil Engineer

Civil Engineers design, develop, and maintain infrastructure systems, such as bridges, buildings, and water treatment plants. This course can enhance your understanding of fluid flow and heat transfer, which are important for analyzing and designing hydraulic structures, such as dams, canals, and pipelines.

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Environmental Engineer

Environmental Engineers design, develop, and implement solutions to environmental problems. This course can provide you with a foundation in fluid mechanics and heat transfer, which are essential for understanding and mitigating environmental issues, such as water pollution, air pollution, and climate change.

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Materials Scientist

Materials Scientists research and develop new materials and improve existing ones. This course can enhance your understanding of fluid mechanics and heat transfer, which are important for understanding material properties and behavior, such as flow-induced corrosion and thermal conductivity.

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Nuclear Engineer

Nuclear Engineers design, develop, and operate nuclear power plants and related systems. This course can provide you with a foundation in fluid mechanics and heat transfer, which are essential for understanding and optimizing nuclear reactor performance and safety.

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Petroleum Engineer

Petroleum Engineers design, develop, and operate systems for the exploration and production of oil and gas. This course can enhance your understanding of fluid mechanics and heat transfer, which are important for analyzing and optimizing reservoir performance, well design, and production processes.

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Robotics Engineer

Robotics Engineers design, develop, and operate robots and robotic systems. This course can provide you with a foundation in fluid mechanics and heat transfer, which are important for understanding and optimizing the performance of robotic systems, such as fluidic actuators and thermal management.

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Data Scientist

Data Scientists use data analysis techniques to extract insights from data. This course can provide you with a foundation in fluid mechanics and heat transfer, which can be useful for understanding and modeling complex physical systems, such as fluid flow and heat transfer processes.

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