이 대학원 논문에서는 파도 감쇠 및 해안 보호에 있어 생체모방형 SAG(생체모방형 스퍼 앤 그루브) 수중 방파제 설계의 효율성을 탐구했습니다. FLOW-3D HYDRO는 파고 감소와 재료 비용을 위한 새로운 모듈 기반 설계를 분석하고 최적화하는 데 사용되었습니다. 인공 SAG 구조는 잠재적으로 고에너지 환경에서 해안선 보호 역할을 하는 동시에 취약한 산호초 생태계를 재건하는 데 도움이 될 수 있습니다.
“전 세계 연안 해역에서 산호초 개체수가 급격히 감소하고 있습니다. 이러한 생태계를 잃으면 서식지와 생물 다양성이 손실될 뿐만 아니라 파도 감쇠 및 그에 따른 해안 보호도 손실됩니다. 진행 중인 프로젝트에서는 파괴된 산호초를 복구 및/또는 교체하려고 합니다. 암초 공 및 립 랩과 같은 인공 구조물을 사용하지만 건강한 자연 암초만큼 성능을 발휘하는 것은 없습니다. 이 프로젝트는 자연 암초에서 흔히 발견되는 암초 능선 및 박차 및 홈(SAG) 구역을 모방한 규모 모듈을 만들어 사용했습니다. 이러한 모델은 인공 암초 설계에 대한 새로운 노력을 지원합니다. […] 암초 모듈의 3D 렌더링이 생성되어 유체 구조 상호 작용에 대한 정보를 계산하는 데 사용된 CFD 소프트웨어 패키지 FLOW-3D HYDRO 로 가져왔습니다.”
John Petrie, et al. (2020) 일리노이 교통 센터 시리즈 번호 20-019, 연구 보고서 번호 FHWA-ICT-20-012.
Illinois Center for Transportation은 FLOW-3D를 사용하여 CFD 시뮬레이션을 수행하여 주 고속도로에서 눈 드리프트를 최소화하기 위해 구조적 눈 울타리의 대안 인 살아있는 눈 울타리 (LSF) 배치 지침을 개발했습니다.
고속도로를 따라 제설 울타리를 설치하면 쟁기질, 화학 물질 및 도로 폐쇄의 필요성이 줄어들고 눈이 내리는 동안 도로 안전이 향상됩니다. LSF는 구조적 눈 울타리에 대한 저렴하고 오래 지속되는 대안입니다.
구조적 눈 울타리의 설계 및 배치에 대한 고려 사항에는 울타리 높이, 다공성, 길이, 바닥 간격 및 우세한 풍향이 포함됩니다. 그러나 LSF의 자연스러운 발전은 높이 및 다공성과 같은 기능이 시간이 지남에 따라 변할 것임을 의미합니다.
Diagram. The fetch concept used to estimate snow transport/ Diagram. Schematic design of a living snow fence
CFD 소프트웨어인 FLOW-3D를 사용하여 다공성 울타리 주변의 흐름에 대한 일련의 수치 시뮬레이션을 수행했습니다. 모델링 접근법은 불균일한 다공성을 가진 울타리 주변의 흐름에 대해 풍동에서 수집된 실험실 데이터를 사용하여 검증되었습니다. 검증 후, 수치 접근 방식을 사용하여 울타리 다공성에 대한 모델을 테스트하고 두 줄의 초목으로 구성된 울타리의 줄 간격 효과를 조사했습니다. 시뮬레이션은 평탄한 지형에 걸친 평균 풍속 및 울타리 다공성 범위에 초점을 맞추었고, 이러한 시뮬레이션의 결과는 임계 전단 속도를 사용하여 눈 퇴적 지역을 추정하는 데 사용되었습니다. 지형이 평평하다고 간주할 수 없는 사이트의 경우 울타리 구성이 다른 제방에 대해 시뮬레이션을 수행했습니다.
CFD 시뮬레이션은 울타리 특성의 함수로 눈 퇴적이 예상되는 지역의 길이에 대한 추정치를 제공합니다. 그 후 시뮬레이션 결과는 LSF에 대한 설계 지침을 개발하는 데 사용됩니다.”
CFD-101은 FlowScience의 창립자이자 VOF(Volume-of-Fluid)개척자인 Dr. C.W. (Tony) Hirt에 의해 작성된 전산 유체 역학 기초를 위한 가장 포괄적인 온라인 자료 중 하나입니다. CFD-101은 전산 유체 역학과 관련된 다양한 문제에 대한 일반적인 소개와 개요를 제공하도록 설계되었습니다.
우리는 유용하고 정확하며 효율적인 계산 모델을 만들 때 고려해야 할 많은 기능 중 몇 가지만 다루었습니다. CFD의 기초를 쌓는 데 사용할 수있는 많은 논문과 책이 있습니다. 여기서는 일반적으로 표준 참조에 포함되지 않은 몇 가지 주제에 주로 초점을 맞추도록 선택했습니다. 이 CFD 참조 도구를 탐색하려면 오른쪽 메뉴를 사용하십시오.
CFD-101 is one of the most comprehensive online resources for Computational Fluid Dynamics basics, edited by Flow Science’s founder and Volume-of-Fluid (VOF) pioneer, Dr. C.W. (Tony) Hirt. CFD-101 is designed to give a general introduction and overview of a variety of issues concerning computational fluid dynamics. We have only touched on a few of the many features that must be considered when attempting to make useful, accurate and efficient computational models. There are many papers and books available for gaining a basic grounding in CFD. We have chosen here to focus primarily on a few topics that are not generally included in standard references. Please use the menu on the right to explore this CFD reference tool.
CFD for Beginners
CFD (전산 유체 역학)에 대해 생각하는 방법에 대한 일반적인 설명은 자유 표면을 사용한 유체 흐름 시뮬레이션 기사에 나와 있습니다. 이 기사에서는 시뮬레이션 영역을 작은 볼륨 제어 요소로 축소하는 아이디어를 소개합니다. 이 요소에 대한 대수 방정식은 인접한 요소와의 질량, 운동량 및 에너지 교환을 설명하기 위해 구성됩니다. 또한 제어 요소 영역 내에서 자유 유체 인터페이스의 움직임을 설명하는 방법에 대한 간단한 방법이 도입되었습니다.
A general description of how to think about computational fluid dynamics (CFD) is given in the article, Simulating Fluid Flow with Free Surfaces. This article introduces the idea of reducing a simulation region into small volume control elements for which algebraic equations are constructed to describe the conservation of mass, momentum and energy exchanges with neighboring elements. Additionally, a simple method is introduced for a means of describing the motion of free fluid interfaces within the region of control elements.
또한 초보자를 위해 CFD 소프트웨어를 선택할 때 CFD 모델링에 대해 알아야 할 사항에는 유체 역학 문제에 대한 수치적 해결책을 구성하는데 중요한 고려 사항인 다양한 문제에 대한 간략한 요약이 포함되어 있습니다. 메싱, 지오메트리 표현, 암시적 대 명시적 수치 방법 및 완화/수렴 매개 변수와 같은 많은 문제는 CFD-101의 나머지 기사에서 자세히 살펴 봅니다.
Also for beginners, the article, What you should know about CFD modeling when selecting a CFD software, contains brief summaries of a variety of issues that are important considerations for constructing numerical solutions to fluid dynamic problems. Many of these issues, such as meshing, geometry representation, implicit versus explicit numerical methods and relaxation/convergence parameters are explored in greater detail in the remaining articles in CFD-101.
Beyond CFD-101
본 자료의 일부 주제는 CFD를 공부하는 고급수준 학생들에게도 흥미로울 수 있습니다. 예를 들어, 유체가 “비압축성”으로 설명 될 때 의미하는 것은 충족되어야 하는 두 가지 제한 조건을 포함합니다. 또 다른 예는 보존 조건을 완화하는 것이 바람직한 시기를 설명합니다. 그리고 마지막으로 레이놀즈수 의존성을 어떻게 평가해야 하는지 입니다.
Some of the topics in this series of articles may also be of interest to more advanced students of CFD. For example, what is meant when a fluid is described as “incompressible” includes two limit conditions that should be satisfied. Another example describes when it is preferable to relax conservation conditions. And, finally, how should Reynolds number dependencies be evaluated?
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