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Dynamics >>17
Caterpillar moves the earth with STAR-CD
caterpillar사는 거대한 Earth-Moving Vehicles를 포함하여 건설 및 채광산업에 필요한 장비를 생산하는 분야를 주도하는 회사입니다. 기계가 점점 더 커지고 복잡해져갈수록, 설계의 정교함이 신뢰성을 얻는데 있어서 필요합니다. 여기에 우리는 유압시스템 내에서의 Cavitation에 의한 피해를 피할 수 있는 차량 개발을 어떻게 수행할 지를 알아보고자 합니다.
유압
시스템의 요소 중 하나는 Implement Pump로부터의 유체의 Return Flow를
받는 부분적으로 차 있는 탱크입니다. 유동은 탱크의 상부에서 고속으로
분출되어 강한 Flow Circulation을 생성합니다. 관통된 사각형의 Baffle은
유동을 가라앉히기 위한
목적이지만, Aeration이 발생할 수 있습니다.
Aeration된 유체는 Implement 및 Fan Pump로 가는 Suction Line을 통해
수송되고, Pump에 Cavitation을 발생시킬 가능성이 증가됩니다. Caterpillar의
설계 과제는 STAR-CD로 탱크 내부의 강한 Fluid Circulation를 약화시키고
Aeration를 감소시키는 방법을 찾음으로써, 문제를 해결하고져 하였습니다.
STAR-CD는 정성적, 정량적으로 탱크 내부의 Fluid Circulation을 예측하고 정상적인 Flow Rate에서의 압력 및 속도분포를 구해내려고 해왔습니다. 모델은 관통된 Baffle(Porous Media로 모델링됨), Suction Line, Flow Rate 및 유체 물성을 포함한 탱크에서의 유동조건을 표현하였습니다. 기준이 되는 설정을 모델링하는 것에 부가하여 3가지 새로운 설계가 시뮬레이션되었습니다.
*
With baffles encircled by a porous circular tube to more uniformly
distribute the high flow jets from baffle holes
* The whole left
and right sides of the baffle plates perforated to increase the
area open to the fluid
* Extra holes added on each left and right
baffles to provide more open flow area
STAR-CD는 다른 경우에서
다른 유동 조건과 마찬가지로 Flow Circulation의 명백한 차이를 예측할
수 있었습니다. Flow Circluation의 세기는
탱크에서의 Aeration의
혹독함을 말해줍니다. 그리고 STAR-CD로부터의 벡터 Plot의 비교는 첫번째
설계 변화가 가장 낮은 Circulation을 가지며
이는 Aeration 문제에서
가장 최선의 해답이라는 것을 보여줍니다. 더우기 원형 튜브의 다공성은
탱크 내의 압력 강하를 결정하는데 큰 역할을 한다는
사실 또한
밝혀내었습니다; 다공성이 증가할수록 압력 강하는 감소합니다. 이러한
설계의 관점은 또한 최적화될 수 있습니다. 이러한 앞선 설계에서, High
Flow Jet는 흩어지고 유동은 탱크 안으로 일정하게 나아갔습니다.
요약하면, Caterpillar사는 STAR-CD를 사용한 CFD 해석이 유동의 상세한 이해에 도움이 되고 원형을 만들고 시험하기 이전의 설계 최적화에 도움이 된다는 것을 알았습니다. 또한 설계 변경과 실제의 하드웨어 제작에 드는 시간과 비용이 줄어들게 되었습니다.
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