상변화 | FLOW-3D

Fig. 4 Comparison of corrosion properties between 329LD and 316L for slurry pipes in regional power plants

산업설비용 2상 스테인리스강 개발 동향 및 용접성 기술 보고서

Development Trends of Duplex Stainless Steels for the Process Industries and It’s Weldability

본 보고서는 산업 설비 전반에 걸쳐 수요가 급증하고 있는 2상 스테인리스강의 야금학적 특성과 세대별 개발 동향을 분석한다. 특히 용접 과정에서 발생하는 열영향부의 미세조직 변화와 상분율 제어, 그리고 시그마상 석출이 재료의 건전성에 미치는 영향에 대한 기술적 검토를 포함한다.

Paper Metadata

Industry: 화학 플랜트, 해수 담수화, 오일 및 가스, 발전 설비
Material: 2상 스테인리스강 (Lean, Standard, Super, Hyper Duplex)
Process: 정련(AOD), 용접(Welding), 상분율 제어(Phase Balance Control)

Keywords

2상 스테인리스강 (Duplex Stainless Steel)
용접성 (Weldability)
내공식성 지수 (PREN)
질소의 역할 (Role of Nitrogen)
시그마상 (Sigma Phase)
열영향부 (HAZ)
상분율 (Phase Fraction)

Executive Summary

Research Architecture

본 연구는 1930년대부터 시작된 2상 스테인리스강의 개발 역사를 고찰하고, 현대의 AOD 정련 기술을 통한 질소(N) 제어 기술이 재료 특성에 미치는 영향을 분석한다. 실험적 프레임워크는 Lean급부터 Hyper급까지의 화학 조성을 비교 분석하고, Thermo-calc를 이용한 상평형 모사와 ASTM G150 규격에 따른 임계 공식 온도(CPT) 측정을 통해 내식성을 평가한다. 또한 용접 입열량 및 냉각 속도 변화에 따른 열영향부(HAZ)의 미세조직 변화를 정량적으로 검토하는 구조를 갖는다.

Key Findings

질소(N) 함량이 0.4% 이상인 제3세대 하이퍼 2상 스테인리스강은 PREN 지수가 45를 상회하며 우수한 내식성을 나타낸다. 실험 결과, S32750 강종은 850℃ 영역에서 시그마상이 2분 이내에 석출되어 충격치를 50% 이상 저하시키는 것으로 확인되었다. 또한 용접 시 냉각 속도가 80℃/s인 저입열 조건에서 개발 강종의 HAZ 내 페라이트 함량은 70% 이하로 유지되어 기존 강종(80% 수준) 대비 우수한 조직 안정성을 보였다. PREN 지수와 임계 공식 온도(CPT) 사이에는 강한 선형적 상관관계가 존재함이 정량적으로 입증되었다.

Industrial Applications

2상 스테인리스강은 고강도와 우수한 응력부식균열 저항성을 바탕으로 해수 담수화 설비의 증발기, 심해 오일 및 가스 플랜트의 라인 파이프, 화학 물질 운반선의 탱크 등에 적용된다. 특히 Lean급 강종은 니켈 가격 변동에 대응하여 기존 304L 및 316L 오스테나이트 강종을 대체하는 용도로 사용되며, 하이퍼급 강종은 가혹한 부식 환경인 정류 산업 및 해수 냉각 열교환기 튜브에 적용되어 설비의 수명을 연장하고 두께 저감을 통한 경량화를 가능하게 한다.

Theoretical Background

2상 스테인리스강의 야금학적 구조

2상 스테인리스강은 금속 조직적으로 페라이트(Ferrite)와 오스테나이트(Austenite) 상이 약 50:50의 비율로 혼합된 미세조직을 갖는다. 이러한 혼합 조직은 페라이트의 높은 강도 및 응력부식균열 저항성과 오스테나이트의 우수한 인성 및 내식성을 동시에 확보할 수 있게 한다. 초기 제1세대 강종은 탄소 정련 기술의 한계로 용접부의 페라이트 함량이 과도하게 높아지는 문제가 있었으나, 현대의 제2세대 및 제3세대 강종은 질소 첨가를 통해 용접 후에도 안정적인 상분율을 유지하도록 설계된다.

질소(N)의 합금학적 역할

질소는 강력한 오스테나이트 안정화 원소로서 고가의 니켈(Ni) 함량을 줄이면서도 오스테나이트 상분율을 효과적으로 높이는 역할을 한다. 질소 함량이 증가하면 페라이트 솔버스(Solvus) 온도가 상승하여 용접 후 냉각 과정에서 페라이트가 오스테나이트로 변태되는 시간을 단축시킨다. 이는 용접 열영향부에서 페라이트 단상 구역이 형성되는 것을 억제하고, 크롬 질화물(Cr2N)의 석출을 지연시켜 용접부의 인성과 내공식성을 모재 수준으로 유지하는 데 결정적인 기여를 한다.

Results and Analysis

Experimental Setup

본 연구에서는 S32205(표준형)와 S32750(슈퍼급) 강종을 주요 대상으로 하여 Thermo-calc를 통한 상분율 모사를 수행하였다. 부식 시험은 ASTM G150 규격에 따라 1M NaCl 용액에서 임계 공식 온도(CPT)를 측정하였으며, 기계적 성질은 ASTM A240 기준에 준하여 상온 인장 시험 및 경도 측정을 실시하였다. 용접 특성 평가를 위해 자동 TIG 용접기를 사용하여 0.2~2.0 kJ/cm 범위의 입열량 변화에 따른 HAZ 미세조직 변화를 관찰하고 결정립 크기를 측정하였다.

Visual Data Summary

Fig. 1의 데이터에 따르면 PREN 지수가 증가함에 따라 임계 공식 온도와 틈새 부식 온도가 직선적으로 상승하는 경향을 보이며, S32750은 90℃ 이상의 높은 CPT를 나타냈다. Fig. 3에서는 냉각 속도가 느려질수록(입열량 증가) HAZ의 최대 페라이트 함량이 감소함을 보여주며, 개발 강종이 기존 강종 대비 전 영역에서 낮은 페라이트 분율을 유지함을 확인하였다. Fig. 6의 등온 변태 곡선은 S32750의 시그마상 석출 속도가 2205보다 현저히 빠름을 시각적으로 제시한다.

Variable Correlation Analysis

실험 변수 분석 결과, PREN 지수와 내식성 사이에는 $CPT \approx 2.5 \times PREN – constant$ 형태의 강한 상관관계가 성립한다. 용접 입열량과 결정립 크기의 관계에서는 입열량이 1.0 kJ/cm를 초과할 때 2205 강종의 결정립 성장이 S32750보다 약 2배 이상 빠르게 진행됨이 관찰되었다. 이는 S32750의 높은 질소 함량으로 인해 페라이트 솔버스 온도가 높아져 완전 페라이트 구역의 폭이 좁아지기 때문으로 분석된다. 또한 페라이트 상분율이 60%를 초과할 경우 충격 에너지가 급격히 감소하는 역상관 관계가 확인되었다.

Fig. 5 Equilibrium diagram of S32750 and S32205 duplex stainless steels. 304 austenitic grade included for
comparison (Effect of temp. on δ, γ, sigma phase fraction)

Paper Details

산업설비용 2상 스테인리스강 개발 동향 및 용접성

1. Overview

Title: 산업설비용 2상 스테인리스강 개발 동향 및 용접성
Author: 안상곤, 김지수, 김광태
Year: 2010
Journal: Journal of KWJS (대한용접·접합학회지)

2. Abstract

2상 스테인리스강은 금속 조직적으로 페라이트와 오스테나이트 상이 거의 1:1의 동등한 비율로 혼합된 미세조직을 갖는 스테인리스강이다. 2상 스테인리스강은 강도가 높고 내공식성이 우수하며, 특히 오스테나이트계의 고질적 문제인 응력부식균열 저항성이 매우 우수하다. 본 연구에서는 2상 스테인리스강에 대한 이해를 돕기 위해 국내외 현황과 품질 특성을 정리하였다. 2상 스테인리스강의 개발 역사, 최근 진행 중인 개발 강종 및 배경을 소개하고, 이어서 응고 및 석출 특성, 기계적 성질과 부식성 등의 기본 특성과 용접 열영향부의 야금학적 현상, 페라이트-오스테나이트 상분율 제어 등의 용접 특성을 설명하고자 하였다.

3. Methodology

3.1. 합금 원소 분석: Cr, Mo, N 함량에 따른 Lean, Standard, Super, Hyper급 2상 스테인리스강의 화학 조성 및 PREN 지수 비교 분석.
3.2. 열역학적 평형 계산: Thermo-calc 소프트웨어를 활용하여 온도 변화에 따른 페라이트, 오스테나이트, 시그마상의 상분율 변화 모사.
3.3. 부식 및 기계적 시험: ASTM G150에 따른 임계 공식 온도 측정 및 ASTM A240 기준에 따른 상온 인장 강도, 연신율, 경도 평가.
3.4. 용접부 조직 평가: 입열량 및 냉각 속도 변화에 따른 HAZ 미세조직 관찰 및 페라이트 함량 측정, 결정립 조대화 거동 분석.

4. Key Results

질소(N)는 오스테나이트 상분율을 높여 용접부의 품질 저하를 방지하는 핵심 원소임을 확인하였다. S32750(슈퍼급)은 2205(표준형) 대비 시그마상 석출 속도가 매우 빠르며, 850℃에서 2분 이내에 석출이 시작되어 공정 제어의 중요성이 강조되었다. 용접 열영향부 분석 결과, 질소 함량이 높은 강종일수록 페라이트 솔버스 온도가 상승하여 결정립 조대화 구역이 좁게 형성되는 이점이 발견되었다. 또한 Lean급 강종인 329LD는 316L 대비 우수한 내식성과 경제성을 동시에 만족하여 지역 난방 배관 등 산업 현장 적용 타당성이 입증되었다.

5. Mathematical Models

$$PREN = \%Cr + 3.3\%Mo + 16\%N$$
(일부 연구에서는 질소의 효과를 높게 평가하여 16 대신 30의 상수를 사용하기도 함)
$$PRE_W = \%Cr + 3.3(\%Mo + 0.5\%W) + 16\%N$$

Figure List

Fig. 1: PRE 지수가 공식 및 틈새 부식 특성에 미치는 영향
Fig. 2: 2상 스테인리스강의 화학 조성 발전 추이
Fig. 3: 냉각 속도가 열영향부 최대 페라이트 함량에 미치는 영향
Fig. 4: 지역 발전소 슬러리 파이프용 329LD와 316L의 부식 특성 비교
Fig. 5: S32750 및 S32205의 평형 상태도 및 상분율 모사
Fig. 6: S32205 및 S32750의 등온 석출 곡선 (TTT 선도)
Fig. 7: 70% Fe 단면에서의 Fe-Cr-Ni 의이원계 상태도
Fig. 8: ASTM G150에 의해 평가된 주요 강종의 임계 공식 온도
Fig. 9: 용융선 인접 HAZ의 열사이클 및 구역 분류
Fig. 10: 질소 함량이 HAZ 미세조직에 미치는 영향
Fig. 11: 용접 입열량이 페라이트 결정립 성장에 미치는 영향
Fig. 12: 페라이트 분율에 따른 부식 속도 및 충격 에너지 변화

References

James Chater, Jour. of Stainless Steel World, Dec. (2007)
Mikael Paijkull et al., Jour. of Stainless Steel World, Dec. (2008)
Kare Johasson, Proc. of 6th World Conf. on Duplex Stainless Steels (2000)
M. Liljas, 6th European Stainless Steel Conf. (2008)
J. Charles, Duplex conference, Grado, Italy (2007)

Technical Q&A

Q: 2상 스테인리스강에서 질소(N) 함량을 정밀하게 제어해야 하는 이유는 무엇입니까?

질소는 오스테나이트 안정화 원소로서 용접 후 냉각 과정에서 페라이트가 오스테나이트로 변태되는 속도를 촉진합니다. 질소가 부족하면 용접 열영향부에 과도한 페라이트가 잔류하여 인성과 내식성이 급격히 저하됩니다. 반면, 질소가 고용한도를 초과하면 용해 및 용접 중 기공(Pore)이 발생할 수 있으므로 AOD 정련 기술을 통해 최적의 함량으로 정밀 제어하는 것이 필수적입니다.

Q: 슈퍼 2상 스테인리스강(S32750) 용접 시 시그마상 석출을 방지하기 위한 핵심 전략은?

S32750은 합금 원소 함량이 높아 700~1000℃ 구간에서 시그마상 석출 속도가 매우 빠릅니다. 특히 850℃ 부근에서는 2분 이내에 석출이 시작되므로, 용접 시 층간 온도(Interpass temperature)를 엄격히 제한하고 냉각 속도를 빠르게 유지하여 해당 온도 구간 체류 시간을 최소화해야 합니다. 또한 적절한 입열량 선정을 통해 열영향부의 열이력을 관리하는 것이 중요합니다.

Q: Lean급 2상 스테인리스강이 기존 316L 오스테나이트 강종을 대체할 수 있는 근거는 무엇입니까?

Lean급 강종(예: 329LD, 2304)은 고가의 니켈 함량을 줄이면서도 2상 조직 특유의 높은 항복 강도(316L의 약 2배)를 제공합니다. 또한 내공식성 지수(PREN)가 316L과 유사하거나 높으며, 특히 염화물 환경에서의 응력부식균열 저항성이 월등히 우수합니다. 실제 지역 난방 배관 사례에서 316L은 2개월 만에 부식된 반면, 329LD는 2년 후에도 건전성을 유지하여 기술적·경제적 우위가 입증되었습니다.

Q: 용접 열영향부(HAZ)에서 결정립 조대화가 발생하는 메커니즘과 그 억제 방안은?

HAZ의 용융선 인접 구역(구역 2)은 페라이트 솔버스 온도 이상으로 가열되어 오스테나이트가 완전히 소멸하고 페라이트 단상이 됩니다. 이 상태에서는 결정립 성장을 방해하는 제2상이 없으므로 급격한 조대화가 일어납니다. 이를 억제하기 위해서는 질소 함량을 높여 페라이트 솔버스 온도를 상승시키거나, 용접 입열량을 낮추어 고온 체류 시간을 단축함으로써 완전 페라이트 구역의 폭을 최소화해야 합니다.

Q: 2상 스테인리스강 용접부의 적정 페라이트 함량 범위와 그 이유는 무엇입니까?

일반적으로 모재와 용접 금속은 30~65%, 열영향부는 30~70%의 페라이트 함량을 권장합니다. 페라이트가 35% 미만이면 응력부식균열 저항성이 저하되고, 60~70%를 초과하면 인성이 급격히 감소하며 크롬 질화물 석출로 인해 내식성이 저하됩니다. 따라서 용접 재료의 화학 조성(주로 Ni 증량)과 용접 조건을 조절하여 이 범위를 유지하는 것이 품질 관리의 핵심입니다.

Conclusion

2상 스테인리스강은 오스테나이트계의 한계를 극복하는 고강도·고내식 소재로서 산업 설비의 신뢰성을 높이는 핵심 재료이다. 본 연구를 통해 질소 첨가 기술이 용접부의 상분율 안정성과 내식성 확보에 결정적인 역할을 함을 확인하였다. 특히 강종별로 상이한 시그마상 석출 거동과 HAZ의 야금학적 특성을 이해하고, 이에 최적화된 용접 입열량 및 냉각 속도를 제어하는 것이 실무적 적용의 성패를 결정한다. 향후 하이퍼급 강종의 확대 적용과 Lean급 강종을 통한 원가 절감 노력이 지속될 것으로 전망된다.

Source Information

Citation: 안상곤, 김지수, 김광태 (2010). 산업설비용 2상 스테인리스강 개발 동향 및 용접성. Journal of KWJS, Vol. 28, No. 1.

DOI/Link: Not described in the paper

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FLOW-3D를 이용한 다양한 곡률에 대한 횡월류 위어의 유량계수 산정

Discharge Coefficient of Side Weir for Various Curvatures Simulated
by FLOW-3D

Chang Sam Jeong*
접수일자: 2015년 5월 15일/심사완료일: 2015년 6월 9일/게재일자: 2015년 6월 30일

ABSTRACT

본 연구는 수치모형을 이용하여 만곡수로 외측에 설치된 횡월류 위어의 곡률반경에 대한 횡월류 유량계수를 분석한 연구이다.

곡률반경의 변화에 따른 만곡부의 중심각이 180°인 수로모형을 설계하였으며, FLOW-3D모형에 적용하여 유량계 수를 산정하고 직선 수로와 비교하는 방법으로 유량계수의 특성을 분석하였다. 모형의 적용성 검증을 위해 기존에 연구되었던 수리실험과 동일한 조건의 수치모의를 수행하였다.

하폭(b)을 고정시키고 곡률반경(Rc)을 변화시킴으로써 Rc/b의 변화에 따른 유량계수(CM)의 변화를 분석하고, 만곡수로의 월류량(Qwc)에 대한 직선수로의 월류량(Qwc)의 비를 분석하였다.

분석결과 유량 계수는 상류수심, 만곡수로의 곡률반경의 변화에 따라 유량계수는 변화하였으며, 직선과 만곡수로에 대해 분석을 수행하였기 때문에 직선수로의 영향인자를 이용하여 만곡수로에 설치된 횡월류 위어의 월류량과 유량계수를 추정 가능 할 것이라 판단된다.

KEYWORDS

discharge coefficient, side weir, curvature, meandering channel, FLOW-3D, 유량계수, 횡월류 위어, 곡률, 만곡수로

서 론

최근의 기상변화에 의한 이상홍수와 유역의 도시화로 인한 불투수면적의 증가는 홍수시 유출량을 증가시켜 기 존의 하도의 적정 소통량을 초과하는 홍수를 발생시키고 있다. 토지의 고도 이용으로 하도의 확폭이 제한된 도시유 역에서 초과 홍수에 대비할 수 있는 구조적 홍수관리 방안 은 제방 증고, 저류지 설치, 방수로 설치 등이 대표적이다. 저류지는 하천에 유입되는 홍수를 일시 조절하여 하도의 적정한 홍수 소통능력을 초과하는 유출을 억제하는 구조 물로 국내외에서 널리 이용되는 구조적 홍수대책의 하나 이다. 그러나 이러한 활용도에 비해서 예연위어, 광정위어,암거 등의 수리구조물에 비교할 때 횡월류 위어에 대한 연 구는 미진한 것이 현실이다. 횡월류 위어(side weir 또는 lateral weir)는 인공수로 또는 자연하천에서 흐름방향에 평행하게 수로측면에 설치된 수 공구조물이다.

이는 본류의 수심이 횡월류 위어 월류부의 높이보다 높을 경우 위어를 통하여 물을 월류시켜 에너지 소산, 수위조절, 일정 유량의 취수 및 분배, 초과 홍수량 전 환 등의 목적으로 이용된다. 이러한 횡월류 유량의 취수 및 분배, 초과 홍수량 전환 등의 목적으로 이용된다. 이러한 횡월류 위어는 off-line저류지, 관계수로, 하수도 설비, 댐의 여수로 등에서 폭넓게 사용되고 있다.

국내의 경우 개발에 따른 횡월류 위어 구조물의 사용이 증가하는 추세이나, 유입유량 결정이나 적용되는 유량계 수에 대한 신뢰할만한 평가가 이루어지지 않아서 설계에 어려움을 겪고 있다. 또한 지금까지 연구된 횡월류 위어는 직선수로에 국한되어있으며, 실험을 통해서 제안된 유량 계수식들은 제안자에 따라 편차가 커서 실무적으로 이용 되기에는 많은 한계를 가지고 있다. Cheong(1991)은 횡월류 위어의 단면을 사다리꼴로하여 상류 프루드수와 유량계수와의 관계를 정립하였다.

Uyumaz (1997)는 U-모양 단면의 주수로의 횡월류 위어에서 사류와 상류시의 유량계수의 변화를 파악하였으며, Agaccioglu (1998)는 만곡수로의 사각형 단면에서 중심각에 따른 유량 계수와 무차원변수와의 관계를 정립하고, 퇴적이 발생하 는 지역의 크기는 상류 프루드수에 영향을 받는 다는 것을 확인 하였으며, Agaccioglu(2004)는 만곡수로에서 횡월류 위어의 단면을 삼각형으로 하여 중심각에 따른 유량계수 와 무차원 변수와의 관계를 정립하였다. 국내에서 윤세의 (1990)는 곡률반경에 대한 하폭의 비(Rc/b)의 변화에 따른 만곡수로에서의 흐름특성을 분석하였고, 이종태(1991)는 곡률반경의 증가, 감소는 만곡부 흐름특성인자에 많은 영 향을 끼치는 것을 확인 하였다.

서일원 등(2004)이 실내 실 험을 수행하여 다중 만곡수로에서 이차류의 변화양상을 관찰하였고, 이두한 등(2005)은 복단면을 갖는 사행수로에 서 만곡부의 저수로와 홍수터에서 회전류가 발생함을 관 측하였으며, 홍수심이 증가 할수록 저수로와 고수로간의 유속 차이보다 사행의 영향이 지배적임을 분석하였다.

본 연구에서는 기존에 연구된 만곡수로에 설치된 횡월류 위어를 상용 3차원 CFD모형인 FLOW-3D를 이용하여 횡 월류 위어의 흐름을 모의하여 그 적용성을 검증하고, 곡률 변화에 따른 만곡부 횡월류 위어에서의 유량계수와 여러 변수들과의 관계를 정립하고 특성을 분석하는데 목적이 있다.

또한 만곡수로에 횡월류 위어를 설치하였을 때, 그 흐름 특성의 변화를 분석하여, 횡월류 위어 주변의 수심 및 유속변화, 월류량에 영향을 미치는 인자들을 관찰하고, 월 류량에 가장 직접적인 영향을 미치는 인자인 유량계수를 산정하여 영향인자들과의 관계를 무차원하여 분석하여 만 곡부에 설치된 횡월류 위어의 실용적인 기준으로 활용할 수 있는 자료를 제시하고자 한다.

그림 5. 만곡 수로(Rc = 2.5 m)의 지오메트리와 mesh block

참고문헌

서일원, 성기훈, 백경오, 정성진(2004) 사행수로에서흐름특성에 관한 실험적 연구, 한국수자원학회논문집, 37(7), pp.527~540.
이두한, 이찬주, 김명환(2005) 복단면 사행 하도의 흐름 특성에 대한 실험 연구, 대한토목학회 논문집, 25(3B), pp.197~206.
이종태, 윤세의(1991) 만곡부 곡률의 연속적 변화와 흐름특성, 대한토목학회 학술발표회 개요집, pp.394~397.
윤세의, 이종태(1990) 만곡수로에서의 곡률반경 변화에 따른 흐름특성, 한국수문학회지, 23(4), pp.435~444.
Agaccioglu, H., Yalcin, Y. (1998) Side-Weir Flow in Curved Channels, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 124(3), pp.163~175.
Agaccioglu, H., Ali, C. (2004) Discharge Coefficient of a Triangular Side-Weir Located on a Curved Channels, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 130(5), pp.410~423.
Cheong, H. F. (1991) Discharge coefficient of lateral diversion from trapezoidal channel, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 117(4), pp.461~475.
Uyumaz, A. (1997) Side Weir in U-Shaped Channels Journal of Hydraulics Engineering. 123(7), pp.639~646.

원문보기

능동 가압의 경우 극저온 탱크의 열 및 물질 전달

Heat and Mass Transfer in a Cryogenic Tank in Case of Active-Pressurization

하이라이트

헤닝 슈플러 옌스 게르스트만DLR 독일 항공 우주 센터, 우주 시스템 연구소, 28359 Bremen, Germany

상변화 및 공액 열전달을 포함하는 압축성 2상 솔버 개발.

분석 솔루션으로 솔버를 성공적으로 검증.

극저온 탱크의 압력 및 온도 변화에 대한 정확한 시뮬레이션.

자유 표면에서의 물질 전달 분석.

Abstract

압력 요구 사항을 예측하는 것은 극저온 추진 시스템의 주요 과제 중 하나입니다. 이러한 맥락에서 증발 및 응축 현상을 고려한 탱크 여압을 시뮬레이션하기 위한 수치 모델을 개발하여 적용하였습니다.

새로운 솔버는 PISO(splitting of operator) 알고리즘이 있는 압력 암시적 방법을 기반으로 하는 OpenFOAM의 약한 압축성 다상 솔버와 기울기 기반 위상 변화 모델을 결합합니다. 날카로운 인터페이스를 유지하기 위해 인터페이스에 인접한 셀에 질량 소스 용어가 적용됩니다.

첫째, 모델은 1차원 상 변화 문제와 중력이 없는 상태에서 과열된 액체에서 증기 기포의 성장이라는 두 가지 분석 솔루션에 대해 검증되었습니다.

두 번째 단계에서는 검증된 모델을 극저온 가압 실험에 적용했습니다. 측정된 압력 거동은 수치 모델이 양호한 근사값으로 확인될 수 있습니다.

수치 모델을 사용하면 물리적 거동에 대한 추가 통찰력을 얻을 수 있습니다. 응축 및 증발 효과는 가압 중 및 가압 후의 압력 발생에 상당한 영향을 미칩니다. 기액 계면에서 일어나는 상변화로 인한 질량유동은 계면의 위치와 시간에 따라 달라진다. 벽에서 직접적으로 증발이 지배적이며 액체 표면의 중앙 영역에서 응결이 발생합니다.

응축 및 증발 효과는 가압 중 및 가압 후의 압력 발생에 상당한 영향을 미칩니다. 기액 계면에서 일어나는 상변화로 인한 질량유동은 계면의 위치와 시간에 따라 달라진다. 벽에서 직접적으로 증발이 지배적이며 액체 표면의 중앙 영역에서 응결이 발생합니다.

Predicting the pressurant requirements is one of the key challenges for cryogenic propulsion systems. In this context, a numerical model to simulate the tank pressurization that considers evaporation and condensation phenomena was developed and applied. The novel solver combines the a gradient-based phase change model with a weakly compressible multiphase solver of OpenFOAM based on the pressure implicit method with splitting of operator (PISO) algorithm. To maintain a sharp interface the mass source terms are applied to the cells adjacent to the interface. First, the model is validated against two analytical solutions: the one-dimensional phase change problem and secondly, the growth of a vapor bubble in a superheated liquid in the absence of gravity. In a second step, the validated model was applied to a cryogenic pressurization experiment. The measured pressure behavior could be confirmed with the numerical model being in a good approximation. With the numerical model further insights into the physical behavior could be achieved. The condensation and evaporation effects have a significant impact on the pressure development during and after the pressurization. The mass flows due to phase change occurring at the vapor-liquid interface depend on interface location and time. Directly at the wall, evaporation becomes dominant while condensation occurs at the center area of the liquid surface.

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키워드

Pressurization, Phase Change, CFD, Propellant Management, 가압, 상 변화, 추진제 관리

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FLOW-3D 용접해석 개요

자료 제공: FLOW Science Japan

용접은 금속의 상변화, 용융시의 유동, 방열에 의한 응고 등을 포함한 복잡한 물리 현상입니다. FLOW-3D^@에는 그 현상을 정밀하게 모델링하는 기능이 있고, 용접 현상을 충실하게 재현할 수 있습니다.

특히 용융 금속의 유동은 표면 장력의 영향이 강하고, 그 해석은 정확한 자유 계면의 추적이 필요합니다.

FLOW-3D^@의 정확한 계면 추적 기능인 TruVOF^®는 그 현상을 파악하기에 매우 적합합니다.

해석 조건으로 레이저의 power, spot size, distance, 움직임(분사방향) 등을 입력할 수 있으며, 보호가스는 밀도와 유속으로 설정 할 수 있습니다. 스패터의 분출 해석은 현재 지원되지 않습니다.

해석 결과로 용접 비드의 폭, 깊이, 기공의 유무 등 관찰할 수 있습니다.

열응력 해석은 FLOW-3D 유동 해석 결과를 Abaqus 등의 구조해석 프로그램에서 불러와서 별도로 열응력 해석을 수행해야 합니다.

해석 필요성

FLOW-3D 를 이용한 용접해석은

높은 방사 강도와 고온으로 직접 관찰하기 어려운 내부 현상의 상세 내용을 가시화
온도, 열, 용접 속도, 위치 관계, 재료 물성 등의 파라미터 연구 검토
결함 예측 (공기연행, 응고 수축, 금속 산화) 등의 필요성

해석을 통해 얻는 이점

금속의 상변화, 용융시의 유체의 힘, 방열에 의한 응고 등의 물리모델 용접 현상을 분석할 수 있습니다.

또한 용융시에는 표면장력의 영향이 강하고, 자유계면을 추적하는 수치해석 방법에 대해 높은 정밀도가 요구됩니다. FLOW-3D^@는 이러한 요구사항을 잘 처리할 수 있는 장점을 가지고 있어, 용접 용융-응고의 연속적인 현상을 정확하게 파악합니다.

접촉선의 고정(Contact Line Pinning)

증발하는 빗방울에서 남은 잔류의 물은 새로 씻은 자동차에서 좋지 못할 수 있습니다. 그러나, 동일한 증발 공정은, 예를 들어, 드롭 잔류 물이 인쇄 된 이미지 또는 텍스트의 일부가되는 잉크젯 인쇄에서 유리할 수있다. 그러나 동일한 증발 과정이 어떤 경우엔 도움이 될 수 있습니다 예를 들면, 잉크 찌꺼기가 인쇄 된 이미지나 텍스트의 일부가 되는 잉크젯 인쇄가 그렇습니다.

액체 방울의 증발로 인한 잔류의 물이 예상치 못한 방식으로 나타날 수 있습니다. 커피 링 얼룩이 잘 알려진 예이며, 커피의 잔류의 물이 물방울의 바깥 쪽 가장자리에 모여 얇은 원형 링 얼룩이 남습니다. 이 현상은 흥미로운 유체역학적인 과정의 결과입니다. 커피 링 얼룩이 형성 되려면 액체가 증착 된 고체 표면에 고정 된 접촉선이 있어야합니다. 고정 된 접촉선은 액체 방울이 고체 기판과 교차하는 액체 방울의 외부의 가장자리가 방울이 증발함에 따라 정지 상태를 유지함을 의미합니다. 증발은 기판의 열에 의해 발생하며 방울의 얇은 외부의 가장자리에서 가장 크게 생깁니다. 표면 장력은 액체가 증발하면서 손실 된 액체를 대체하기 위해 가장자리를 향해 발생하게 됩니다. 이는 결국 더 많은 용질을 가장자리로 운반하며 모든 액체가 증발 한 후, 결과적으로 커피 링 얼룩을 형성하게하는 더 높은 농도의 용질 잔류 물을 생성합니다.

모델링 접근법

FLOW-3D v12.0의 최신 업데이트로 인해 ‘접촉선의 고정’ 모델이 개발되었으며, 소프트웨어의 기능이 표면 장력 중심의 애플리케이션으로도 광범위하게 확장되었습니다. 표면 접촉의 고정 및 비고정 특성은 잉크젯 인쇄, 코팅 및 스프레이 냉각에서 중요한 역할을 합니다. 습윤 특성에 대한 표면 공법은 미세 유체 장치에서 액체 샘플의 이동을 제어하는 데 사용될 수 있습니다. 모델의 주요 특징은 방울의 가장자리를 고정 위치에 고정하는 수단을 제공하는 것입니다. 형상 구성 요소 및 하위 구성 요소중에 표면에 ‘고정’ 속성을 지정할 수 있습니다. 유체의 접촉선은 처음 표면과 접촉하는 곳에 고정됩니다. 전방 속도를 0으로 유지하면 고정이 적용됩니다. 유체는 접촉선과 표면을 따라 이동하는 것이 아니라 롤오버하여 접촉점을 지나야만 이동할 수 있습니다.

커피 링 얼룩 검증

그림 1은 평평한 수평 표면에 놓인 원형 물방울의 결과를 보여줍니다. 표면은 30 ℃의 일정한 온도로 유지됩니다. 초기 유체 온도는 20 ℃이고 주변 공극의 온도는 일정한 20 ℃입니다. 유체는 밀도 0.967 g/cm³, 점도 0.02022 poise, 비열 1.645e+07 cm²/s/K, 열전도도 1.2964e+4 g*cm/s³/K, 표면 장력 계수 33.15 g/cm²의 일반적인 잉크를 나타냅니다.

*그림 1. 고정 된 접촉선을 사용하여 건조 공정 중의 물방울 모양의 변화.*

액적 표면의 초기 곡률 반경은 7.5e-03 cm이고, 차지하는 공간은 반경 4.5e-03 cm의 원이며, 겉보기의 초기 접촉각은 37.87 도입니다. 그림 1-a를 참조하시기 바랍니다. 지정된 정적 접촉각은 0 도입니다.

정압에 의한 상변화 모델이 활성화됩니다. 공극 내의 증기 분압은 0이고 상변화 수용 계수는 R_size = 0.01 입니다.

잉크가 건조될 때 기판 상에 고체가 잔류하는 물이 형성되는 것을 포착하기 위해 잔류 물 모델도 켜집니다. 유체에 용해 된 안료의 농도는 초기 농도 0.01 g/cm³ 이고 최대 농도 r_max = 1.1625 g/cm³ 에서 운반이 가능한 스칼라로 표시됩니다. 용해 된 안료는 질량 평균을 기준으로 안료의 단위질량당 0.05 poise의 속도로 유체의 순 점도를 향상시킵니다.

이 공정은 3.0 도의 방위 방향으로 하나의 셀에 걸쳐있는 축 대칭 원통형 메쉬로 모델링됩니다. (x 간격 = 6e-05 cm, z 간격 = 4e-05 cm.)

그림 1은 유체가 증발함에 따라 접촉선이 고정 된 상태를 유지하고 있음을 보여줍니다. 0 도의 정적 접촉각 조건은 액적의 중심을 향한 압력 구배를 가져오고, 이는 접촉선 방향으로의 유동을 생성합니다. 용해 된 안료의 농도는 증발로 인해 자유 표면 근처에서 증가하며, 흐름을 따라 농도는 접촉선을 향해 더욱 재분배합니다. (그림 2). 액체가 계속 증발함에 따라, 남아있는 액체의 안료 농도는 증가합니다. 농도가 최대 r_max에 도달하면, 과잉된 안료는 고체가 잔류하는 물로 전환됩니다.

*그림2. g / cm3 단위의 안료 농도 및 t = 2.0ms에서의 흐름 패턴. 흐름은 고정 된 접촉선을 향하여 안료 농도가 증가합니다.*

접촉선 근처의 유체가 먼저 건조되어 고체가 잔류하는 물이 남습니다. 해당 영역의 유체에 안료 농도가 높기 때문에 고체가 잔류하는 물의 특징인 ‘커피 링’ 패턴이 기판 표면에 생성됩니다. (그림 3 및 4). 안료의 총 질량(용해 + 건조 잔류 물)은 초기 질량의 0.025 % 이내로 보존됩니다.

그림 3. 모든 유체가 증발 된 후 기판 표면에 건조된 잔류 물의 분포 (단위 : g / cm3) .
가장 높은 농도는 고정 된 접촉선의 위치에 있으며, 이는 ‘커피 링’ 효과를 만들어냅니다.

*그림 4. 유체가 완전히 증발 한 후 초기 액적의 반경을 따라 건조된 잔류 물의 예상 분포.*

물방울 벽의 검증

그림5. 수직 벽에 고정 된 물방울의 변형 : t = 0 ms (파란색), t = 4e-02 ms (연한 파랑) t = 0.2 ms (빨간색).
해당 이미지는 “Effects of microscale topography”, Y.V.Kalinin, V.Berejnov and R. E. Thorne, Langmuir 25, 5391-5397. (2009). 에서의 이미지입니다.

접촉선 고정 응용의 두 번째 예는 수직의 벽에 고정 된 한 방울의 액체 알루미늄의 거동입니다. 유체 밀도는 2.7 g / cm³, 표면 장력 계수 200 g / cm² 및 점도 0.27 poise입니다. 정적 접촉각은 0 도입니다.

초기의 겉보기의 접촉각이 90도가 되도록 반경 0.5cm의 물방울을 수직 벽에 놓습니다 (그림 5). 7e+06 cm/s²의 중력 크기는 표면 장력의 복원 작용을 없애고 액적이 눈에 띄도록 변형시키기 위하여 인위적으로 향상되었습니다. 결과들은 비슷한 크기의 물방울에 대한 실험 결과와의 질적 비교를 포함하여 그림 5에서 보여줍니다.

요약

FLOW-3D의 접촉선 고정 모델은 표면 장력 및 벽의 접착 기능을 확장하여 표면 공법에서 복잡한 상호 작용을 모델링합니다. 접촉선 고정이 실제로 응용되는 분야에 관하여 더 많은 예시와 추가적인 참조를 찾으신다면 여기에서 찾을 수 있습니다.

모델링 기능(Modeling Capabilities)

범용 CFD 소프트웨어인 FLOW-3D는 40년의 역사를 통해 개발 된 비압축 유체의 내부 및 외부의 자유 표면 흐름, 열 전달, 난류, 이동 및 변형하는 고체, 표면 장력 및 상변화와 같은 광범위한 물리적 및 수치적 기능을 갖추고 있습니다. FLOW-3D를 성공적으로 사용하여 광범위한 공학적 및 과학적 문제를 해결하고 설계를 최적화하며 복잡한 과정에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

FLOW-3D의 단열 버블 및 표면 장력 모델과 결합 된 1 유체 VOF 방식을 사용하면 유체를 사용하여 빈 공간을 효과적으로 모델링 할 수 있습니다. 이 솔루션은 빠르고 강력하며 정확하고 복잡한 2 유체 VOF 접근 방식을 우회합니다.

Advanced Microfluidic Flow Modeling/마이크로유동 모델링

유동 모델링(Flow modeling)

Free surface flows (자유표면 유동)
– Free surface(자유표면), Surface tension(표면장력) 고려
– Capillary rise/wetting(모세관 현상) 고려
– Spontaneous capillary flow(모세관 유동) 고려
– Wall contactangle(접촉각) 고려

Multi-fluid flow (멀티유체 유동)

Multiphase(다상 유동)
– Free surface(자유표면)
– Surface tension(표면장력)
– Phase change(상 변화)
– Heat transfer(열전달)

Internal flows(내부 유동)
– Secondary circulations(이차 순환)
– Promote mixing(믹싱 촉진)
– Details depend on flow and curvature(곡률과 유동의 세부사항 관계)
– Multiple flow configurations(멀티 유동 구성)
– Micro-latching(마이크로 래칭)
– Surface-Directed liquid flow inside Micro-channels
(마이크로채널 내부의 표면에 따른 액체 유동)
– General moving object flow coupling(운동학적 유동 및 커플링)

External forcing(외력)
– Mechanical mixing(기계적 믹싱)
– General moving object model(운동학적 유동모델)

– Integrates effects of electrophoresis and dielectrophoresis
(전기 영동 및 유전 영동의 효과)
– Surface tension and electro-mechanics models(표면장력 및 전기역학 모델)
– Electrowetting on dielectric(EWOD, 유전체 전기습윤)
– Induced charges manipulate fluid at micro/nano volumes
(유도 전하로 인한 마이크로/나노 볼륨조작)

– Magneto hydrodynamics(자기 유체역학)
– Use of magnetic control to mix fluids(유체 혼합을 위한 자기제어)

Advances in Nanotechnology

Advances in Nanotechnology

This article was contributed by Prof. Edward Furlani and his students from the University at Buffalo, SUNY.

Microfluidics와 nanofluidics는 나노와 나노사이의 기능을 가진 재료와 시스템을 통한 유체 흐름의 과학과 기술을 포함하는 분야입니다. 최근 몇 년 사이에 이 분야의 연구는 재료 개발과 시스템의 급속한 발전된 유체공정의 독특한 이점으로 증가해 왔습니다. Microfluidic 및 nanofluidic 시스템은 화학 반응, 유체 가열, 혼합 및 감지와 같은 순차적 또는 다중화된 공정을 포함할 수 있는 응용 분야에서 마이크로 사이즈의 유체 유동은 매우 효율적이고 반복 가능하며 신속한 처리를 가능하게 합니다. 풀 라니 (Furlani) 교수 그룹의 연구는 새로운 공정 및 장치 개발에 대한 모델링 및 시뮬레이션을 보여줍니다. 이 연구의 대부분은 뉴턴 및 비 뉴턴 유체, 열 전달, 상변화 분석, 자유표면 및 다상분석, 유체와 관련된 유체 현상을 연구하기 위해 최첨단 전산 유체역학을 강조합니다. 매체 상호작용, 다공성 매체를 통한 유동, 완전히 결합된 유체구조 및 입자, 유체 상호작용에 대해 콜로이드. 국제 나노 기술 학술 대회에서 3 편의 논문이 발표될 예정입니다. 2014년 6월 15일부터 18 일까지 워싱턴 DC의 Gaylord National Hotel 및 Convention Center에서 개최됩니다. 이들은 버팔로 대학교 (University at Buffalo)에서 진행되는 획기적인 결과를 선보입니다. 여기에서는 이러한 작품의 미리 보기와 FLOW-3D로 생성된 시뮬레이션 결과 중 일부를 제시합니다.

Analysis of Stem Cell Culture Performance in a Microcarrier Bioreactor System

Koushik Ponnuru¹, Jincheng Wu¹, Preeti Ashok¹, Emmanuel S. Tzanakakis^1,3,4,5,6 and Edward P. Furlani^1,2

¹Dept. of Chemical and Biological Engineering, ² Dept. of Electrical Engineering, ³Dept. of Biomedical Engineering, ⁴New York State Center of Excellence in Bioinformatics and Life Sciences, ⁵Western New York Stem Cell Culture and Analysis Center, ⁶Genetics, Genomics and Bioinformatics, University at Buffalo, SUNY

(left) Shear stress distribution along with velocity vectors in a cross sectional plane of the bioreactor running at 60 rpm; (right) Kolmogorov length scale distribution at the same plane under the same conditions.

CFD 기반 시뮬레이션과 실험결과의 조합으로 교반 탱크의 마이크로 캐리어 생물 반응기 시스템에서 세포 배양에 대한 난류 전단응력의 영향에 대한 분석을 제시합니다. Corning’s bench-scale spinner flask의 3D 계산 모델은 최첨단 CFD 소프트웨어 인 FLOW-3D를 사용하여 제작되었습니다. 임펠러 속도, 배양액 및 입자 크기와 같은 매개변수가 마이크로 캐리어 입자에 작용되는 전단응력에 미치는 영향을 CFD 분석을 사용하여 연구하였습니다. 이것은 세포가 겪는 정확한 전단 조건을 예측하고 세포의 손상을 방지하는 최적의 작동조건을 확인하는데 사용됩니다. 또한, 다원능 마커 Oct4, Sox2 및 Nanog를 운반하는 세포의 비율을 세포 계측법 및 정량적 PCR을 사용하여 측정함으로써 hPSCs의 다능성 전단효과를 연구합니다.

Numerical Analysis of Fully-Coupled Particle-Fluid Transport and Free-Flow Magnetophoretic Sorting in Microfluidic Systems

Chenxu Liu¹, Xiaozheng Xue¹ and Edward P. Furlani ^1,2

¹Dept. of Chemical and Biological Engineering, ²Dept. of Electrical Engineering, University at Buffalo, SUNY

Magnetic nanoparticle chaining and rotating following an external field and causing the mixing of two different molecular concentrations.

Magnetic 입자는 생체 의학 및 임상 진단 응용을 위해 생체 재료를 선택적으로 분리 및 분류하는 마이크로 유체시스템에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 그러한 시스템의 합리적인 설계에 사용될 수 있는 전산모델이 도입되었습니다. 이 모델은 자기 및 유체 역학적 힘, 완전 결합 입자 – 유체 상호 작용 및 입자의 자기 조립을 유도하는 자기 쌍극자와 쌍극자의 상호 작용을 비롯한 입자 수송에 대한 지배적 메커니즘을 고려합니다. 응용 프로그램을 통해 연속흐름 분리시스템 및 회전 조립 체인을 기반으로 하는 미세 유체 혼합프로세스로 시연됩니다.

Numerical Analysis of Laser Induced Photothermal Effects using Colloidal Plasmonic Nanostructures

Ioannis H. Karampelas¹, Young Hwa Kim² and Edward P. Furlani ^1,2

¹Dept. of Chemical and Biological Engineering, ² Dept. of Electrical Engineering, University at Buffalo, SUNY

Photothermal heat cycle of a nanocage (a=50nm, t=5nm) (perspective 1/8 view): plot of nanocage temperature vs. time, pulse duration indicated by the red arrow and dashed line and inset plots showing various phases of the thermo -fluidic cycle: (a) nanobubble formation, (b) nanobubble (maximum size), (c) nanobubble collapse, (d) cooling.

Colloidal 귀금속 (plasmonic) 나노 구조는 나노 입자 합성에서부터 바이오 이미징 (bioimaging), 의학 요법 (medical therapy)에 이르기까지 다양한 광열 (photothermal) 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 많은 응용분야에서, 펄스 레이저는 plasmonic 공진 주파수에서 나노 구조를 사용하며, 이는 광자의 흡수 및 고도로 국부화된 파장필드의 향상을 가져옵니다. 원격 소스로부터 효율적인 나노 스케일 가열하는 것 외에도, 합성동안 나노 입자의 구조를 조정함으로써 근적외선 스펙트럼을 통한 공진 가열파장을 조정할 수 있습니다. 우리 그룹은 nanosecond-pulsed, laser-heated colloidal metallic nanoparticles 및 열 유체 거동을 예측하는 전산모델을 개발했습니다. 이 모델은 플라즈몬 공명, 입자에서 주변 유체로의 열 전달 및 균일한 기포 핵 형성을 유도하는 유체의 위상변화에서 나노 입자 내의 에너지 전환을 시뮬레이션 하는데 사용되었습니다. nanorods, nanotori, nanorings 및 nanocages 등 다양한 nanoparticle 형상이 연구되었습니다. 이 분석은 레이저 강도, 입사 파장, 편광, 펄스 지속 시간 및 나노 입자의 방향 및 모양과 같은 공정 매개 변수가 광열 공정을 최적화하도록 조정될 수 있음을 보여줍니다. Plasmonic nanoparticles는 악성 조직의 약물 치료, 약물 전달 및 생체치료에 사용됩니다.

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FLOW-3D WELD

New unified user interface, New process templates, Improved Reflection model,...

What's New in FLOW-3D CAST 2025R1

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Improved reflection model, Improved heat source integration, Particle-particle interactions...

FLOW-3D 는 세계에서 가장 어려운 CFD문제를 해결하는 소프트웨어로, 3차원 자유표면 해석 분야에서 널리 사용되는 최적의 수치해석 소프트웨어 입니다. 특히 자유표면(자유수면)을 가진 유동흐름을 정확하게 예측하는 분야에서는 타의 추종을 불허하는 정확성을 자랑합니다.

FLOW-3D 는 핵폭탄 개발 프로젝트로 유명한 미국 국립 연구소 LANL(LosAlamos National Laboratory)의 허트(C. W. Hirt) 박사가 새로운 자유표면 추적기법(free surface tracking method)인 VOF(Volume ofFluid) 방법을 연구 개발한 후, 수 많은 유동현상에 대한 물리 모델을 추가하고 성능을 개선하여, 설계 및 운영단계에서 사용되면서 엔지니어에게 귀중한 통찰력을 제공하는 세계적인 CFD 소프트웨어 입니다.

FLOW-3D 는 정확한 자유표면 추적, 압축성/비압축성 유동, 층류/난류, 열전달(전도, 대류, 복사), 점성발열, 상변화(응고,증발)/공동현상, 표면장력, 다상유동, 물질확산, 자연대류/밀도류, 뉴턴/비뉴턴유체, 틱소트로피, 다공성매질, 가속도계/관성계, 입자추적, 전기섭동/전기삼투압/주울발열, 열모세관현상 등 수많은 물리 모델을 제공합니다.

수치해석과 관련하여 궁금하신 사항은 언제든지 부담없이 문의 해주십시오.
감사합니다.

신규소식 및 기술자료

FLOW-3D WELD/AM 웨비나

FLOW-3D WELD/AM 웨비나를 2026.04.23. (목) 15:00~15:30에 진행할 예정입니다.

📅 일시 2026년 4월 23일(목)

🕒 시간 15:00 ~ 15:30 (30분)

📍 장소 온라인(예약시 안내 링크 송부)

많은 관심 부탁드립니다.

참여 링크

FLOW-3D European Users Conference 2026

FLOW-3D European Users Conference가 2026년 6월 15일부터 17일까지 사흘간 독일 뒤셀도르프의 Steigenberger Icon Parkhotel 에서 개최될 예정입니다.
자세한 안내는 상세 페이지에서 알려드립니다.
많은 참석 부탁드립니다.

상세 페이지

FLOW-3D HYDRO Workshops
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Civil & Environmental Consultants, Inc.

Knoxville, TN

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CUSTOMER 추천 평가

FLOW-3D는 오늘날 복잡한 자유 표면 및 제한된 흐름 문제를 분석하는 데 사용할 수 있는 가장 강력한 도구 중 하나입니다. 사용하기 쉬운 모델링 인터페이스를 제공하며 지난 15년 이상 제가 작업한 수력 발전, 환경, 수자원 및 처리 관련 프로젝트의 설계에 필수적인 도구였습니다. Flow Science의 기술 지원 팀과 개발자는 함께 작업하기 쉽고, 조언을 제공하고, 코드의 잠재적 개선 사항에 대한 사용자의 의견을 듣고, 발생하는 문제를 신속하게 해결하고자 합니다. Flow Science의 전체 팀은 함께 일하기에 훌륭했고 모든 엔지니어에게 훌륭한 자원입니다.

FLOW-3D is one of the most powerful tools available to analyze complex free surface and confined flow problems out there today. It provides an easy-to-use modeling interface and has been an integral tool in the design of hydroelectric, environmental, water resource and treatment related projects I’ve worked on over the last 15+ years. Flow Science’s technical support team and developers are easy to work with and are eager to provide advice, hear input from its users on potential enhancements to the code as well as quickly resolving issues that arise. The entire team at Flow Science have been great to work with and are a great resource to all engineers.

FLOW-3D CAST는 우리의 품질 프로그램에 엄청난 자산이었습니다. 6가지 주조 시뮬레이션 소프트웨어를 평가한 후 Howell Foundry는 FLOW-3D CAST를 구매하기로 결정했습니다. 이 결정의 일부 요인에는 설정 다양성, 비용 및 가장 중요한 시뮬레이션의 현실 정확도가 포함됩니다. 업데이트된 결과 뷰어와 결합된 FLOW-3D CAST 의 강력한 시뮬레이션 기능은 가장 복잡한 작업에서 특히 첫 번째 타설에서 고품질 주조를 보장하는 데 도움이 되었습니다.

FLOW-3D CAST has been a tremendous asset to our quality program. After having evaluated six different casting simulation software, Howell Foundry made the decision to purchase FLOW-3D CAST. Some of the factors in this decision include its setup versatility, cost, and most importantly its accuracy of the simulation to reality. FLOW-3D CAST’s powerful simulation ability coupled with its updated results viewer has been especially helpful on our most complex jobs to make sure we have a quality casting on the first pour.

우리는 FLOW-3D를 사용하여 지난 20년 동안 많은 소모성 발사체 시스템에 대한 추진제 슬로시 및 풀스루 시뮬레이션을 개발했습니다. 보다 최근에는 Flow Science 지원 직원이 차량 기동으로 인한 ullage collapse effects를 포착하기 위해 극저온 추진제 탱크 시뮬레이션에 열 전달을 추가하는 데 중요한 역할을 했습니다.

We have used FLOW-3D to develop propellant slosh and pull-through simulations for a number of expendable launch vehicle systems over the last 20 years. More recently, the Flow Science support staff has been instrumental in helping us add heat transfer to cryogenic propellant tank simulations in order to capture ullage collapse effects due to vehicle maneuvers.

저는 연구 및 산업 응용 분야에서 유체 흐름 문제를 해결하는 데 15년 이상 FLOW-3D를 사용해 왔습니다 . 우리는 강 및 해안 구조물, 수처리 장치, 댐, 여수로, 깊은 터널 및 CSO 전환 구조물의 설계에 이 소프트웨어를 광범위하게 사용합니다. FLOW-3D는 수치 솔버 기술, 클라우드 컴퓨팅, 전처리 및 후처리 도구의 최신 기술을 통합하여 고객에게 상당한 시간과 비용을 절감합니다. FLOW-3D 영업 및 기술 지원 팀은 훌륭합니다!

I have used FLOW-3D for over 15 years solving fluid flow problems in research and industrial applications. We use the software extensively in the design of river and coastal structures, water treatment units, dams, spillways, deep tunnels, and CSO diversion structures. FLOW-3D integrates state of the art in numerical solver techniques, cloud computing, pre- and post-processing tools resulting in substantial time and cost savings to our clients. FLOW-3D sales and technical support teams are excellent!

FLOW-3D 는 다른 소프트웨어로 시각화하거나 정량화하기 어려운 복잡한 유압 문제에 대한 통찰력을 제공하는 정교한 도구입니다. 정교함에도 불구하고 소프트웨어는 매우 사용자 친화적이며 Flow Science는 훌륭한 문서와 기술 지원을 제공합니다. FLOW-3D 모델 에서 얻은 결과는고객과 사내 비모델러 모두에게 깊은 인상을 남겼습니다.

FLOW-3D is a sophisticated tool that provides insight into complex hydraulic problems that would be difficult to visualize or quantify with other software. Despite the sophistication, the software is very user friendly, and Flow Science provide great documentation and technical support. The results we have obtained from our FLOW-3D models have impressed both our clients and non-modelers in-house.

4C-Technologies에서 우리는 거의 35년 동안 다양한 소프트웨어 흐름 시뮬레이션 솔루션을 사용하는 선구자였습니다. 다양한 금속 합금으로 주조된 HPDC 부품에서 부품 설계 및 도구/러너 설계를 최적화합니다. 2008년부터 우리는 FLOW-3D를 사용하여 지금까지 최고의 정확도를 제공하는 것으로 나타났습니다. 또한 FLOW-3D 팀 의 지원은 탁월합니다.

At 4C-Technologies we have been pioneers in using various software flow simulation solutions for nearly 35 years. We optimize part designs and tool/runner designs on casted HPDC parts in various metal alloys. Since 2008 we have solely been using FLOW-3D as it turned out to give by far the best accuracy. Furthermore, the support from the FLOW-3D team is outstanding.

20년 이상 FLOW-3D 와 함께 CFD 분석을 사용하면서 우리의 신뢰 수준은 이제 일반 연구 목적 및 최종 설계 응용 프로그램에 CFD 모델링을 사용하는 데 확신을 가질 정도로 높아졌습니다. 이 소프트웨어는 개념적 세부 사항과 구성을 신속하게 변경할 수 있는 유연성을 제공하여 설계를 단계적으로 진행할 수 있도록 합니다.

From using CFD analysis with FLOW-3D for over twenty years, our level of trust has increased to the point that we are now confident in using CFD modeling for general study purposes and final design applications. The software gives us flexibility to quickly change conceptual details and configurations allowing the design to advance in stages.

우리는 FLOW-3D AM을 사용하여 기초 과학의 경계를 발전시켜 왔습니다 . FLOW-3D AM은 다중 합금 3D 프린팅 중 복잡한 현상을 지배하는 물리학에 대한 우리의 가설을 테스트하는 훌륭한 도구였습니다. FLOW-3D AM은 우리가 열 프로필의 진화와 관련된 물질 전달 및 복잡한 적층 구조에서 열 응력의 발달을 이해하는 데 도움이 되었습니다.

We have been using FLOW-3D AM to advance the boundaries of fundamental science. FLOW-3D AM has been a great tool to test our hypotheses about the physics governing complex phenomena during multi-alloy 3D printing. FLOW-3D AM has helped us understand the evolution of thermal profiles and the associated mass transport and development of thermal stresses in complicated additively-built structures.

FLOW-3D 는 많은 응용 프로그램이 있는 강력한 도구입니다. 우리는 FLOW-3D를 사용하여 물 전환 구조의 흐름과 수력을 효과적으로 해결했습니다. 우리는 또한 제안된 물고기 통로를 통한 물 흐름을 모델링했습니다. 우리는 정확성, 계산 속도, 특히 사용자 친화적인 GUI에 깊은 인상을 받았습니다. 그리고 우리 고객들은 모델 출력과 포스트 프로세서에 의해 생성된 애니메이션에 깊은 인상을 받았습니다. 우리는 또한 매우 반응이 좋은 지원 직원에게 감사합니다.

FLOW-3D is a powerful tool with many applications. We used FLOW-3D to effectively resolve flow through and hydraulic forces on a water diversion structure. We also modeled water flow through a proposed fish passage. We have been impressed with the accuracy, computational speed, and especially the user friendly GUI. And, our clients have been impressed with the model output, as well as, animations created by the post-processer. We are also appreciative of the highly responsive support staff.

수년에 걸쳐 FLOW-3D는 기존의 유압 모델링 도구로는 해결하기 매우 어려웠을 복잡한 유압 문제를 해결하는 데 도움을 주었습니다. 우리는 FLOW-3D 팀에게 매우 감사합니다 . 그들은 수년에 걸쳐 지속적으로 소프트웨어를 개선해 왔으며 우리의 요구에 매우 신속하게 대응해 왔습니다.

Over the years, FLOW-3D has helped us solve complex hydraulic problems that would have otherwise been very difficult to solve with conventional hydraulic modeling tools. We are very thankful to the team at FLOW-3D. They have constantly been making the software better over the years, and have been very responsive to our needs.

FLOW-3D 는 당사의 우주 공학 연구 및 개발 프로세스에서 필수적인 도구입니다. FLOW-3D는 극저온 연료 역학의 프로세스를 더 잘 이해하여 질량을 줄이고 발사기 성능을 향상시키는데 도움이 됩니다.

FLOW-3D is an essential tool in our space engineering research & development process. FLOW-3D helps us better understand processes in cryogenic fuel dynamics, leading to savings in mass and improved launcher performance.

FLOW-3D CAST는 CASTMAN, Inc의 제품 개발 및 품질 확보에 매우 큰 도움을 주었습니다. FLOW-3D를 한국에 독점 공급하는 (주)에스티아이씨앤디의 수치해석 컨설팅팀과 협업을 통해 제품 개발 시 FLOW-3D 주조 시뮬레이션을 통해 기술적인 여러 어려움이 있는 제품 개발에 모두 성공하였습니다. 이는 개발 비용, 기술적인 어려움, 개발 기간 및 가장 중요한 시뮬레이션의 정확도가 포함됩니다. FLOW-3D CAST 의 강력한 시뮬레이션 기능은 가장 복잡한 작업에서 고품질 주조를 보장하는 데 도움이 되었습니다.

김동균 Director of Operations, CASTMAN, Inc

News
FLOW-3D 2026 European User Conference
FLOW-3D 2026 European User Conference 6월 16일부터 17일까지 뒤셀도르프의 Steigenberger Icon Parkhotel에서 열리는 FLOW-3D 2026 European User Conference에 고객 여러분을 초대합니다. 주요 기업 및 기관의 동료 엔지니어, 연구원, 과학자들과 연결하여 ...
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2026-01-12 / AMD, cast, FLOW-3D, user conference, 공지사항, 이벤트
FLOW-3D WELD/AM 웨비나 안내
용접 및 3D프린팅에 특화된 수치해석 프로그램인 FLOW-3D WELD/AM의 새로운 기능을 소개해 드릴 웨비나를 개최합니다. 이번 웨비나에서는 익숙하지만 놓치고 있었던 FLOW-3D WELD/AM의 핵심 기능과 더욱 강력해진 최신 업데이트 내용을 집중적으로 다룹니다 ...
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2025-09-23 / 3D프린팅, FLOW-3D, weld, 공지사항, 수치해석, 용접
기술자료
Ti6Al4V 표면 거칠기 최적화: 3D 프린팅이 주조 및 단조와 다른 접근법을 요구하는 이유
이 기술 요약은 János Kónya 외 저자가 Materials에 발표한 "Effect of Surface Modifications on Surface Roughness of Ti6Al4V Alloy Manufactured ...
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2026-04-18 / Welding, 단조, 용접, 용접 논문, 주조
파레토 분석과 POKAYOKE를 활용한 크랭크케이스 주조 결함 27% 감소 및 생산성 향상 방안
이 기술 요약은 Sahil Rajendra Bavdhankar 외 저자가 International Journal for Multidisciplinary Research (IJFMR)에 발표한 논문 "Defect Analysis and Productivity ...
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2026-04-17 / Casting, 비교분석, 주조, 주조 논문, 크랭크케이스
다이캐스팅 머신의 진화: 초고속 충전 및 전동화 기술이 품질을 혁신하는 방법
이 기술 요약은 Journal of The Japan Institute of Light Metals에 게재된 Yuji ABE의 논문 "Die-casting machine"(2019)을 기반으로 하며, STI ...
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2026-04-16 / Casting, HPDC, 다이캐스팅, 주조, 주조 논문
레오-압착 주조(Rheo-Squeeze Casting): 고규소 알루미늄 합금의 경사 구조 제어를 통한 엔진 성능 극대화
이 기술 요약은 Lu Li 외 저자들이 Materials Research(2018)에 발표한 논문 "[Rheo-Squeeze Casting of High-Silicon Aluminium Alloy Pipes with Gradient ...
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2026-04-15 / Casting, 알루미늄, 압착주조, 주조, 주조 논문
초음파 탈가스: Al-Li 합금의 수소 제어 및 기계적 특성 향상을 위한 혁신적 주조 기술
이 기술 요약은 Yuqi Hu 외 저자가 2022년 Materials 학술지에 발표한 "Effect of Ultrasonic-Assisted Casting on the Hydrogen and Lithium ...
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2026-04-14 / Casting, 알루미늄, 주조, 주조 논문, 탈가스
합금 산화물 본드 시너지 모델: 차세대 내부식성 합금 설계의 비밀을 풀다
이 기술 요약은 Szu-Chia Chien과 Wolfgang Windl이 발표한 "Bond Synergy Model for Bond Energies in Alloy Oxides" 논문을 기반으로 하며, ...
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2026-04-13 / metal, 결합, 금속, 기타 논문, 산화물
HPDC 게이팅 설계 자동화: Python 기반 모델링 및 시뮬레이션으로 개발 시간 단축
이 기술 요약은 Nélson Moura Pereira Duro가 2024년 Universidade do Minho에 제출한 석사 학위 논문 "Modelling and Simulation of Die ...
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2026-04-12 / Casting, CFD, HPDC, 주조, 주조 논문
HPDC 금형의 열 피로 수명 예측: CFD-FEA 연성 해석을 통한 파손 시점 정밀 예측
이 기술 요약은 Joeun Choi 외 저자가 Metals (2022)에 게재한 논문 "Fatigue Life Prediction Methodology of Hot Work Tool Steel ...
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2026-04-11 / Casting, TDC, 금형, 주조, 주조 논문
Al-Si 합금 미세경도 예측: 주조 열 변수와 덴드라이트 간격의 상관관계 분석
이 기술 요약은 Diego CARVALHO 외 저자가 2018년 MATERIALS SCIENCE (MEDŽIAGOTYRA)에 발표한 논문 "Microindentation Hardness-Secondary Dendritic Spacings Correlation with Casting ...
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2026-04-10 / Casting, dendrite, 냉각, 알루미늄, 주조, 주조 논문
초고장력강(UHSS) GMAW 용접 최적화: FEA 예측을 통한 열 영향부(HAZ) 제어 전략
이 기술 요약은 Alnecino Alves Netto가 2019년 라펜란타-라티 기술대학교(Lappeenranta-Lahti University of Technology)에 제출한 석사 학위 논문 "Optimization of Gas Metal ...
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2026-04-09 / Welding, 강재, 용접, 용접 논문, 최적화
경량 소재의 마찰 교반 용접(FSW)에서 열 지수 기반 주요 공정 변수 최적화 연구
Heat Index Based Optimisation of Primary Process Parameters in Friction Stir Welding on Light Weight Materials 마찰 교반 용접(FSW)은 항공우주 ...
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2026-04-08 / FSW, Welding, 알루미늄, 용접, 용접 논문
TOPSIS 방법을 이용한 AZ31B 합금의 마찰 교반 용접 실험 분석 및 공정 변수 최적화
Friction Stir Welding Experiments on AZ31B Alloy to Analyse Mechanical Properties and Optimize Process Variables by TOPSIS Method 마그네슘 합금인 ...
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2026-04-08 / FSW, Welding, 구리, 용접, 용접 논문
CFD를 이용한 파쇄 암석 및 타원체 입자의 무작위 충전층 유동 저항 분석
Flow Resistance of Randomly Packed Beds of Crushed Rock and Ellipsoidal Particles using CFD 암석층 열에너지 저장(TES) 장치는 태양광 브레이튼 ...
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2026-04-08 / CFD, Fluid, 열전달, 유체, 유체 논문
태양광 보조 바이오가스 시스템용 태양열 온수기의 설계 및 CFD 시뮬레이션
Design and CFD Simulation of Solar Water Heater Used In Solar Assisted Biogas System 화석 연료 의존도를 낮추고 환경 문제를 ...
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2026-04-07 / Fluid, 열교환기, 열전달, 유체, 유체 논문
투과성 표면 위 수축/팽창 실린더를 향한 경계층 정체점 슬립 유동 및 열전달의 안정성 분석
A Stability Analysis of Boundary Layer Stagnation-Point Slip Flow and Heat Transfer towards a Shrinking/Stretching Cylinder over a Permeable Surface ...
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2026-04-07 / Fluid, 실린더, 열전달, 유체, 유체 논문
내부 핀이 있는 사각 덕트 내 유체 흐름 및 열전달 분석을 위한 무요소법 절차
A meshless procedure for analysis of fluid flow and heat transfer in an internally finned square duct 내부 핀이 있는 ...
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2026-04-07 / Fluid, 덕트, 열교환기, 유체, 유체 논문
알루미늄 경량차체 제작을 위한 MIG 용접 용가재별 성형성 평가
Evaluation of Formability Depend on Aluminum Filler Wire to Make Lightweight Vehicle for MIG Welding Process 자동차 산업에서 연비 향상과 ...
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2026-04-06 / mig, Welding, 알루미늄, 용접, 용접 논문
다이아몬드 필러가 적용된 통풍식 디스크 브레이크 로터의 공기 흐름 및 열전달 분석
Analysis of Air Flow and Heat Transfer in Ventilated Disc Brake Rotor with Diamond Pillars 브레이크 작동 중 발생하는 열은 ...
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2026-04-06 / Fluid, 공기, 열전달, 유체, 유체 논문
Al 5052 및 6061 합금의 플라즈마-GMA 용접 공정 특성 평가
Al 5052, 6061합금에 대한 플라즈마-GMA 용접공정특성 평가 (Process Evaluation of Plasma-GMA Welding for Al 5052 and 6061 Alloy) 알루미늄 합금은 ...
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2026-04-06 / GMA, Welding, 알루미늄, 용접, 용접 논문
리브 터뷸레이터가 있는 후향 계단 유동에서의 난류 및 열전달 시뮬레이션
SIMULATION OF TURBULENT FLOW AND HEAT TRANSFER OVER A BACKWARD-FACING STEP WITH RIBS TURBULATORS 본 연구는 리브 터뷸레이터가 장착된 채널 ...
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2026-04-05 / Fluid, 난류, 대류, 유체, 유체 논문
고엔트로피 NiCoCrAl−(Ti, Nb) 브레이징 삽입재의 열역학적 파라미터에 미치는 접착 활성 성분의 영향
Influence of Adhesive-Active Components on Thermodynamic Parameters of High-Entropy NiCoCrAl−(Ti, Nb) Brazing Filler Metals 내열성 니켈 합금의 브레이징은 항공 및 ...
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2026-04-04 / Welding, 니켈, 브레이징, 용접, 주조 논문
G-BOP 테스트를 이용한 다양한 상대 습도 조건에서의 수소 유기 균열 완화를 위한 용접 매개변수 최적화
Optimizing Welding Parameters to Mitigate Hydrogen-Induced Cracking Under Varying Relative Humidity Conditions Using the G-BOP Test 고장력 저합금(HSLA) 강의 용접 ...
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2026-04-03 / weld, 강재, 균열, 용접, 용접 논문
이중관 열교환기 내 산화알루미늄(Al2O3) 나노입자가 강제 대류에 미치는 영향에 관한 CFD 수치 해석 연구
Numerical study by CFD, of the effect of the presence of aluminum oxide nanoparticles (Al2O3) on forced convection through a ...
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2026-04-03 / Fluid, 대류, 산화알루미늄, 유체, 유체 논문
스테인리스강 304의 TIG 용접 공정에서 보호 가스 유량이 기계적 성질에 미치는 영향 연구
Influence of shielding gas flow on the TIG welding process using stainless steel 304 material 산업용 열교환기 장비의 부적절한 작동은 ...
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2026-04-03 / TechnicalNote, TIG, Welding, 스테인리스, 용접
구리(Cu) 첨가로 아연-알루미늄 합금의 경도를 2배 높이는 방법: 고성능 코팅 재료의 혁신
이 기술 요약은 Md. Arifur Rahman Khan 외 저자가 2016년 1st International Conference on Engineering Materials and Metallurgical Engineering에 발표한 ...
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2026-04-02 / coating, 아연 코팅, 알루미늄, 코팅, 코팅 논문
가돌리늄(Gd) 첨가 AlSi7Mg0.3 합금의 응고 및 미세구조 분석: 고품질 주조를 위한 CFD 시뮬레이션 데이터 확보
이 기술 요약은 Ozen Gursoy와 Giulio Timelli가 저술하여 Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (2024)에 발표한 학술 논문 "The influence ...
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2026-04-02 / Casting, 가돌리늄, 알루미늄, 주조, 주조 논문
딥러닝 결함 분석: TEM 이미지에서 인간 수준의 정확도로 다중 결함을 자동으로 정량화하는 방법
이 기술 요약은 Ryan Jacobs 외 저자가 발표한 학술 논문 "Performance, Successes and Limitations of Deep Learning Semantic Segmentation of ...
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2026-04-02 / TEM, 강재, 기타 논문, 머신러닝, 미세결함
투과성 층 내부 및 상부의 난류 유동에 대한 CFD 분석
CFD Analysis for Turbulent Flow within and over a Permeable Bed 이 연구는 투과성 층(Permeable Bed) 내부와 그 상부에서 발생하는 ...
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2026-04-01 / CFD, Fluid, 다공성, 유체, 유체 논문
알루미늄 합금 다이캐스팅용 금형의 조기 균열 및 파손 원인 분석
PREMATURE CRACKING OF DIES FOR ALUMINIUM ALLOY DIE-CASTING 알루미늄 합금 다이캐스팅 공정에서 금형의 수명은 생산 효율성과 제조 비용에 직결되는 핵심적인 ...
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2026-04-01 / Casting, 금형, 주조, 주조 논문, 파손
반응고 다이캐스팅 및 열처리 공정을 이용한 ADC10 합금의 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 주조 변수의 영향
Effect of Casting Parameters on the Microstructure and Mechanical Properties of ADC10 Alloys Using a Semisolid Die Casting and Heat ...
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2026-04-01 / Casting, Semi-solid, 알루미늄, 주조, 주조 논문
혼합 등온 및 등열유속 벽면 경계 조건을 가진 마이크로 파이프 내 물 유동의 대류 열전달에 관한 CFD 연구
CFD study of Convective Heat Transfer of Water Flow Through Micro-Pipe with Mixed Constant Wall Temperature and Heat Flux Wall ...
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2026-03-31 / Fluid, 마이크로파이프, 열전달, 유체, 유체 논문
단일 및 다중 입구 EGR 쿨러의 유동 거동 및 열 성능에 대한 CFD 분석
CFD Analysis of Flow Behavior and Thermal Performance in Single and Multi-Inlet EGR Coolers 대형 차량에서 배기가스 재순환(EGR) 시스템은 2002년 ...
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2026-03-31 / EGR, Fluid, 유동해석, 유체, 유체 논문
AA2124/SiCp 복합재와 비강화 합금 간의 선형 마찰 용접(LFW) 공정 모델링
PROCESS MODELLING OF LINEAR FRICTION WELDING (LFW) BETWEEN AA2124/SICP COMPOSITE AND UNREINFORCED ALLOY 선형 마찰 용접(LFW)은 항공우주 산업에서 고성능 알루미늄 ...
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2026-03-31 / LFW, Welding, 알루미늄, 용접, 용접 논문
Al 6063 마찰 교반 용접(FSW)의 공정 파라미터 최적화 연구
OPTIMIZATION OF PROCESS PARAMETERS IN FRICTION STIR WELDING OF AL 6063 마찰 교반 용접(FSW)은 알루미늄 및 마그네슘과 같은 경량 소재를 ...
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2026-03-30 / FSW, Welding, 알루미늄, 용접, 용접 논문
TIG-MIG 하이브리드 용접법에 관한 기초적 연구
TIG-MIG 複合溶接法の基礎的検討 TIG 및 MIG 용접은 현대 산업 현장에서 가장 널리 활용되는 가스 보호 아크 용접 공정입니다. 일반적으로 MIG 용접은 ...
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2026-03-30 / mig, TIG, Welding, 용접, 용접 논문
마그네슘 합금의 용접 기술: 최신 공정 및 야금학적 특성 분석
Welding of Magnesium Alloys 마그네슘 합금은 알루미늄보다 40%, 강철보다 78% 가벼운 초경량 구조용 소재로, 자동차 및 항공우주 산업에서 연비 향상과 ...
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2026-03-30 / Welding, 마그네슘, 미세구조, 용접, 용접 논문
첨단 오비탈 파이프 용접 기술 분석 보고서
첨단 오비탈 파이프 용접 기술 분석 보고서 Advanced Orbital Pipe Welding 파이프 및 튜브 용접은 원자력 및 화력 발전소, 반도체 ...
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2026-03-29 / Welding, 공정비교, 용접, 용접 논문, 파이프
Process Tape를 활용한 마그네슘 합금의 저항 점 용접 특성 연구
Process Tape를 사용한 마그네슘 합금의 저항 점 용접 특성 최근 자동차 산업에서는 경량화와 연비 향상을 위해 마그네슘 합금 판재의 적용이 ...
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2026-03-28 / RSW, TechnicalNote, Welding, 마그네슘, 용접
LM6 알루미늄 합금 주조의 피딩 효율에 미치는 응고 매개변수의 영향
Effect of Solidification Parameters on the Feeding Efficiency of Lm6 Aluminium Alloy Casting 최근 자동차 산업에서는 엔진 블록, 실린더 헤드, ...
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2026-03-27 / Casting, 알루미늄, 주조, 주조 논문, 피딩
종방향 자기장이 인가된 TIG 용접 공정 중 알루미늄 합금의 용융지 형성 및 유동 거동
Weld pool formation and flowing behaviors of aluminum alloy during TIG welding process with a longitudinal electromagnetic field 알루미늄 합금은 ...
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2026-03-27 / TIG, Welding, 알루미늄, 용접, 용접 논문
전이 유동 영역에서의 열전달 특성 연구
Heat Transfer in the Transitional Flow Regime 전이 유동 영역(Reynolds 수 2,300에서 10,000 사이)은 유체 역학 및 열전달 분야에서 여전히 ...
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2026-03-27 / Fluid, 레이놀즈 수, 열전달, 유체, 유체 논문
Ni-Mo-Fe 합금 안테나 부품의 금형 단조에 대한 FEM 모델링 및 실험적 연구
FEM MODELLING AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF DIE FORGING OF Ni-Mo-Fe ALLOY ANTENNA COMPONENTS Ni-Mo-Fe 합금은 우수한 자기적 특성과 내식성을 갖추고 ...
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2026-03-26 / Casting, 구조해석, 기타 논문, 니켈, 단조, 주조
Ti-5Al-2.5Sn 합금의 완전 용입 펄스 TIG 용접부 잔류 응력 최소화를 위한 반응 표면 분석법 연구
Response surface approach to minimize the residual stresses in full penetration pulsed TIG weldments of Ti-5Al-2.5Sn alloy 티타늄 합금, 특히 ...
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2026-03-26 / TIG, Welding, 용접, 용접 논문, 티타늄
고압 다이캐스팅 알루미늄 합금의 열전도도 및 주조 특성에 미치는 합금 원소의 영향
Effect of Alloying Elements on the Thermal Conductivity and Casting Characteristics of Aluminum Alloys in High Pressure Die Casting 고압 ...
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2026-03-26 / Casting, TechnicalNote, 알루미늄, 열전달, 열전도도, 주조
근적외선 레이저 서셉터로서의 탄소 나노튜브 연구
Carbon Nanotubes as Near Infrared Laser Susceptors 본 연구는 940nm 파장의 근적외선(NIR) 레이저 방사선과 탄소 나노튜브(CNT) 간의 결합 효율을 심층적으로 ...
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2026-03-25 / Welding, 나노튜브, 용접, 용접 논문, 탄소
이미지 기반 유한요소해석을 이용한 알루미늄 다이캐스트 합금의 피로 균열 발생 예측
Estimating Fatigue Crack Initiation of Aluminum Die Cast Alloy using Image Based Finite Element Analysis 알루미늄 다이캐스트 합금은 우수한 성형성과 ...
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2026-03-25 / Casting, 알루미늄, 주조, 주조 논문, 피로
티타늄 튜브 접합을 위한 레이저 빔 용접 파라미터 최적화 수치 모델 개발
DEVELOPING A NUMERICAL MODEL TO OPTIMISE THE LASER-BEAM-WELDING PARAMETERS FOR JOINING TITANIUM TUBES 티타늄 합금은 높은 비강도와 우수한 내식성 덕분에 ...
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2026-03-25 / Welding, 용접, 용접 논문, 접합, 티타늄
레이저 용접에서 공정 가스의 역할과 중요성 분석
The role of process gases in laser welding 레이저 용접 공정에서 안정적이고 고품질의 용접부를 얻기 위해서는 공정 가스의 사용이 필수적입니다 ...
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2026-03-24 / Welding, 가스, 알루미늄, 용접, 용접 논문
Al–9%Si–0.3%Mg 다이캐스트 합금의 T5 열처리 거동에 미치는 예비 시효 조건의 영향
Al–9%Si–0.3%Mg ダイカスト合金の T5 熱処理挙動における予備時効条件の影響 알루미늄 다이캐스트 합금은 자동차 현가장치 및 이륜차 차체 부품과 같이 고연성과 고강도가 동시에 요구되는 분야에서 널리 ...
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2026-03-24 / Casting, 다이캐스트, 알루미늄, 용접 논문, 주조
AC4CH 알루미늄 주조 합금의 ECAP 성형성에 미치는 예열 온도의 영향
AC4CH 알루미늄 주조 합금의 ECAP 성형성에 미치는 예열 온도의 영향 Effect of Preheating Temperature on ECAP Formability of AC4CH Aluminum ...
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2026-03-24 / Casting, 알루미늄, 예열, 주조, 주조 논문
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Advances in Nanotechnology
Advances in Nanotechnology
This article was contributed by Prof. Edward Furlani and his students from the University at Buffalo, SUNY.

Microfluidics와 nanofluidics는 나노와 나노사이의 기능을 가진 재료와 시스템을 통한 유체 흐름의 과학과 기술을 포함하는 분야입니다. 최근 몇 년 사이에 이 분야의 연구는 재료 개발과 시스템의 급속한 발전된 유체공정의 독특한 이점으로 증가해 왔습니다. Microfluidic 및 nanofluidic 시스템은 화학 반응, 유체 가열, 혼합 및 감지와 같은 순차적 또는 다중화된 공정을 포함할 수 있는 응용 분야에서 마이크로 사이즈의 유체 유동은 매우 효율적이고 반복 가능하며 신속한 처리를 가능하게 합니다. 풀 라니 (Furlani) 교수 그룹의 연구는 새로운 공정 및 장치 개발에 대한 모델링 및 시뮬레이션을 보여줍니다. 이 연구의 대부분은 뉴턴 및 비 뉴턴 유체, 열 전달, 상변화 분석, 자유표면 및 다상분석, 유체와 관련된 유체 현상을 연구하기 위해 최첨단 전산 유체역학을 강조합니다. 매체 상호작용, 다공성 매체를 통한 유동, 완전히 결합된 유체구조 및 입자, 유체 상호작용에 대해 콜로이드. 국제 나노 기술 학술 대회에서 3 편의 논문이 발표될 예정입니다. 2014년 6월 15일부터 18 일까지 워싱턴 DC의 Gaylord National Hotel 및 Convention Center에서 개최됩니다. 이들은 버팔로 대학교 (University at Buffalo)에서 진행되는 획기적인 결과를 선보입니다. 여기에서는 이러한 작품의 미리 보기와 FLOW-3D로 생성된 시뮬레이션 결과 중 일부를 제시합니다.
Analysis of Stem Cell Culture Performance in a Microcarrier Bioreactor System
Koushik Ponnuru¹, Jincheng Wu¹, Preeti Ashok¹, Emmanuel S. Tzanakakis^1,3,4,5,6 and Edward P. Furlani^1,2
¹Dept. of Chemical and Biological Engineering, ² Dept. of Electrical Engineering, ³Dept. of Biomedical Engineering, ⁴New York State Center of Excellence in Bioinformatics and Life Sciences, ⁵Western New York Stem Cell Culture and Analysis Center, ⁶Genetics, Genomics and Bioinformatics, University at Buffalo, SUNY
(left) Shear stress distribution along with velocity vectors in a cross sectional plane of the bioreactor running at 60 rpm; (right) Kolmogorov length scale distribution at the same plane under the same conditions.
CFD 기반 시뮬레이션과 실험결과의 조합으로 교반 탱크의 마이크로 캐리어 생물 반응기 시스템에서 세포 배양에 대한 난류 전단응력의 영향에 대한 분석을 제시합니다. Corning’s bench-scale spinner flask의 3D 계산 모델은 최첨단 CFD 소프트웨어 인 FLOW-3D를 사용하여 제작되었습니다. 임펠러 속도, 배양액 및 입자 크기와 같은 매개변수가 마이크로 캐리어 입자에 작용되는 전단응력에 미치는 영향을 CFD 분석을 사용하여 연구하였습니다. 이것은 세포가 겪는 정확한 전단 조건을 예측하고 세포의 손상을 방지하는 최적의 작동조건을 확인하는데 사용됩니다. 또한, 다원능 마커 Oct4, Sox2 및 Nanog를 운반하는 세포의 비율을 세포 계측법 및 정량적 PCR을 사용하여 측정함으로써 hPSCs의 다능성 전단효과를 연구합니다.

Numerical Analysis of Fully-Coupled Particle-Fluid Transport and Free-Flow Magnetophoretic Sorting in Microfluidic Systems
Chenxu Liu¹, Xiaozheng Xue¹ and Edward P. Furlani ^1,2
¹Dept. of Chemical and Biological Engineering, ²Dept. of Electrical Engineering, University at Buffalo, SUNY
Magnetic nanoparticle chaining and rotating following an external field and causing the mixing of two different molecular concentrations.

Magnetic 입자는 생체 의학 및 임상 진단 응용을 위해 생체 재료를 선택적으로 분리 및 분류하는 마이크로 유체시스템에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 그러한 시스템의 합리적인 설계에 사용될 수 있는 전산모델이 도입되었습니다. 이 모델은 자기 및 유체 역학적 힘, 완전 결합 입자 – 유체 상호 작용 및 입자의 자기 조립을 유도하는 자기 쌍극자와 쌍극자의 상호 작용을 비롯한 입자 수송에 대한 지배적 메커니즘을 고려합니다. 응용 프로그램을 통해 연속흐름 분리시스템 및 회전 조립 체인을 기반으로 하는 미세 유체 혼합프로세스로 시연됩니다.

Numerical Analysis of Laser Induced Photothermal Effects using Colloidal Plasmonic Nanostructures
Ioannis H. Karampelas¹, Young Hwa Kim² and Edward P. Furlani ^1,2
¹Dept. of Chemical and Biological Engineering, ² Dept. of Electrical Engineering, University at Buffalo, SUNY

Photothermal heat cycle of a nanocage (a=50nm, t=5nm) (perspective 1/8 view): plot of nanocage temperature vs. time, pulse duration indicated by the red arrow and dashed line and inset plots showing various phases of the thermo -fluidic cycle: (a) nanobubble formation, (b) nanobubble (maximum size), (c) nanobubble collapse, (d) cooling.
Colloidal 귀금속 (plasmonic) 나노 구조는 나노 입자 합성에서부터 바이오 이미징 (bioimaging), 의학 요법 (medical therapy)에 이르기까지 다양한 광열 (photothermal) 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 많은 응용분야에서, 펄스 레이저는 plasmonic 공진 주파수에서 나노 구조를 사용하며, 이는 광자의 흡수 및 고도로 국부화된 파장필드의 향상을 가져옵니다. 원격 소스로부터 효율적인 나노 스케일 가열하는 것 외에도, 합성동안 나노 입자의 구조를 조정함으로써 근적외선 스펙트럼을 통한 공진 가열파장을 조정할 수 있습니다. 우리 그룹은 nanosecond-pulsed, laser-heated colloidal metallic nanoparticles 및 열 유체 거동을 예측하는 전산모델을 개발했습니다. 이 모델은 플라즈몬 공명, 입자에서 주변 유체로의 열 전달 및 균일한 기포 핵 형성을 유도하는 유체의 위상변화에서 나노 입자 내의 에너지 전환을 시뮬레이션 하는데 사용되었습니다. nanorods, nanotori, nanorings 및 nanocages 등 다양한 nanoparticle 형상이 연구되었습니다. 이 분석은 레이저 강도, 입사 파장, 편광, 펄스 지속 시간 및 나노 입자의 방향 및 모양과 같은 공정 매개 변수가 광열 공정을 최적화하도록 조정될 수 있음을 보여줍니다. Plasmonic nanoparticles는 악성 조직의 약물 치료, 약물 전달 및 생체치료에 사용됩니다.

수치해석 용역 실적

수행 실적

주식회사 에스티아이씨앤디의 수치해석 컨설팅 수행회사 입니다. 아래 회사 목록은 많은 회사로부터 기술개발 및 수치해석 컨설팅을 의뢰받아 수행한 회사입니다.

한국수자원공사 ,도화종합기술공사 ,한국수자원공사 ,대우건설 ,도화종합, 삼안건설, 한국종합개발기술공사 ,도화종합, 삼안건설기술공사 ,삼안건설기술공사 ,한국시설안전관리공단 ,한국종합엔지니어링 ,현대엔지니어링 ,SK건설 ,선진엔지니어링 ,엘지건설 ,한국동서발전주식회사 ,한국종합기술개발공사 ,벽산엔지니어링 ,부강테크(GS건설) ,신우엔지니어링 ,유신코퍼레이션 ,한화건설 ,항도엔지니어링(포스코건설) ,(주)삼안 ,건화엔지니어링 ,삼성건설 ,한국전력기술 ,한국지질자원연구원 ,대림기업(주) ,에스케이건설 ,엘지전자 ,포스코 ,한국생산기술연구원 ,한국시설안전기술공단 ,한수테크니컬서비스 ,현대자동차 ,제이슨기술단 ,(주)바셈 ,계룡건설산업 ,(주)건화 ,(주)대우건설 ,(주)도화종합기술공사 ,(주)엔지비 ,(주)유신 ,태영건설 ,도화 ,매탈젠텍(POSCO) ,매탈젠텍(RIST) ,이산 ,코다코(캐스트맨 매출) ,현대기아기술연구소 ,현대제철 ,태성종합기술 ,선진ENG ,그레넥스 ,엔바이로솔루션 ,기아차 ,농어촌공사(충남도본부 예산지사) ,농어촌공사(충남도본부) ,지자체(수원시) ,지자체(전남공흥군) ,해피콜 ,HMK ,국민대학교 ,대림산업 ,도화엔지니어링 ,삼진정밀 ,오투엔비 ,한국건설기술연구원 ,해안해양기술 ,E&H컨설턴트 ,GS칼텍스 ,서울시립대학교 ,선일엔바이로 ,알이디 ,오투앤비 ,전남대학교 ,제이에스테크 ,한국농어촌공사 ,그린텍환경컨설팅 ,제일테크 ,창원대학교(ADD) ,한국종합기술 ,한국항공우주연구원 ,GS건설 ,유신 ,두산중공업 ,세메스 ,(재)포항산업과학연구원 ,(주)그린텍환경컨설팅 ,LG전자(평택) ,LG전자(창원)

수리/수자원 분야

01 교량 설치에 따른 하천흐름 및 세굴영향 검토
컨설팅내용	교량 설치로 인한 3차원 모형의 수리영향 검토 세굴방지공 설치로 교량의 수리적 안정성 확보
필요데이터	교각 3차원 형상 또는 도면 하천 수심측량 자료 및 수치지형도 하천 상/하류 홍수위 및 홍수량
해석방법	하천의 유동해석 수행 후 최고유속에 해당하는 교각 선정 선정교각 대상을 중심으로 세굴 모형 적용
결과물	하천 유동흐름, 수위분석 평형세굴심 도달시간 최대세굴심 및 최대퇴적고 등

02 댐체 월류 시 수리/수문 구조적 안정성 검토
컨설팅내용	상류 댐 붕괴 시 급격한 방류로 인하여 하류 댐에 미치는 영향을 검토하기 위해 댐체 월류 시 수리/수문 구조적 안정성검토
필요데이터	공도교 및 수문 구조물 상세 도면 하천 수심측량자료 및 주변 수치지형도 하천 상/하류 홍수위 및 홍수량
해석방법	상류 댐 붕괴시 홍수위/홍수량 정보입력 구조물/수문 분리 후 취약한 수문 선정 수문 구조해석 및 Total 힘 분석
결과물	수문/구조물 받는 힘 분석 굥도교 월류 여부 및 수위/유속 분포 방류량 및 구조물 부압 등

수처리 분야

01 정수처리시설 구조물 최적설계
컨설팅내용	정수시설 구조물에 대한 유동, 유량, 압력, 온도분포 분석 수처리과정에 발생하는 현상분석
필요데이터	정수시설 구조물의 제원 분배수로, 침전지 등 도면 및 3D CAD 자료 초기 수위데이터 등
해석방법	정수시설 구조물의 경계조건 설정 형상에 따른 유동흐름 및 유량 등 초기조건
결과물	정수시설물에 작용하는 압력분포 확인 유동 유입에 따른 유동양상, 유량, 유속데이터 분석 온도변화에 따른 유동 및 침전효율 분석

02 하수처리시설 방류량 및 유동양상 분석
컨설팅내용	토출수조의 수위 및 유동현상검토 각 방류 Box의 방류유량분포 및 유속분석
필요데이터	구조물관련 설계도면 자료 전체 모형 작성 및 지형데이터 유체 유입량, 초기 수위관련 자료
해석방법	시설 구조물에 따른 경계조건 설정 초기 수위조건 및 유동현상 등 조건 확인
결과물	토출 수조의 수위량 및 유동흐름 유동 유입에 따른 유량, 유속데이터 분석 구조물 단면의 유량흐름 데이터

주조 분야

01 수축 결함최소화를 위한 주조해석
컨설팅내용	주조 시 산화물 혼입방지 설계 조립부 수축결함 최소화
필요데이터	Frame형상 제원 금형, 형상 도면자료 및 3D CAD자료 초기 용탕 주입시간, 충진속도, 온도 등의 데이터
해석방법	금형형상에 따른 주조해석 경계조건 설정 초기 조건설정에 따른 파라미터분석
결과물	충진시 산화물발생 위치 및 수축공 발생 위치 Solidification 확인, 결함부 현상분석 Gate, Runner 위치 최적화

02 금형 최적설계를 위한 주조해석
컨설팅내용	충진 온도유지 및 제품 결함 최소화를 위한 최적설계
필요데이터	금형관련 제원 금형, 형상 도면자료 및 3D CAD자료 초기 주조 공정조건 데이터
해석방법	금형형상에 맞는 Runner, Gate 모델링 용탕온도, 속도, 압력 등 조건에 따른 제품 최적설계
결과물	충진시 압력분포 및 산화물 발생 위치분석 Solid Fraction, Solidification 등 현상분석 결함부위 최소화를 위한 Gate, Runner 위치 최적화

코팅 분야

01 Nozzle 분사를 이용한 Slit Coating 해석
컨설팅내용	표면 Coating에 적합한 Nozzle 형상 설계 Coating 구동조건 및 압력분포 분석
필요데이터	초기 Nozzle 형상 제원 형상 도면자료 및 3D CAD자료 초기 Coating 도포현상 및 구동조건 데이터
해석방법	Nozzle 구동에 따른 Coating 분석 액상조건에 따른 Coating 도포형상 분석
결과물	Nozzle 형상 파라미터에 따른 Coating 현상분석 Coating 분포에 따른 높이 균일성 확인 액상 온도에 따른 도포량분석

MEMS 분야

01 연료전지 시스템의 최적설계를 위한 유동해석
컨설팅내용	연료전지 내부형상에 따른 유동장변화 데이터 유량분배에 적절한 최적의 형상조건 설계
필요데이터	초기 형상 도면자료 및 3D CAD자료 연료전지의 구동조건 및 물성조건 Actuator의 작동, 토출량, 유동 등의 데이터
해석방법	Micro-Channel에서의 유동분배 설정 액체의 특성에 따른 토출조건 확인
결과물	Actuator의 속도에 따른 유동량 분석 Micro-Channel에서의 유동양상 공동현상 최소화를 위한 최적의 구동조건

[FLOW-3D 물리모델] Solidification 응고

응고 모델은 열전달이 활성화되고(Physics → Heat Transfer → Fluid internal energy advection) 유체비열(Fluids → Fluid 1 → Thermal Properties → Specific heat)과 전도도(Fluids → Fluid 1 → Thermal Properties → Thermal Conductivity) 이 지정될 때 사용될 수 있다. 단지 유체 1만 상 변화를 겪을 수 있다.

응고모델을 활성화하기 위해 Fluids → Fluid 1 → Solidification Model 을 체크하고 물성 Fluids → Fluid 1 → Solidification Model 가지에서 Liquidus temperature, Solidus temperature, 그리고 Latent heat of fusion 를 지정한다. 가장 간단한 모델(Latent Heat Release Definition 에 펼쳐지는 메뉴에서 Linearly with constant 를 선택)에서, 잠열은 물체가 Liquidus 에서 Solidus 온도로 냉각될 때 선형적으로 방출된다. 고상에서의 상변화열을 포함하는, 잠열 방출의 더 자세한 모델을 위해 온도의 함수로 잠열방출을 정의하기 위해 Specific energy vs. temperature 또는 Solid fraction vs. temperature 선택을 사용한다. 이 지정에 대한 더 자세한 내용은 이론 매뉴얼의 Heat of Transformation 를 참조한다.

응고는 유체의 강직성 및 유동저항을 뜻한다. 이 강직성은 두 가지로 모델링 된다. 낮은 고상율에 대해 즉 Fluids → Fluid 1 → Solidification Model → Solidified Fluid 1 Properties → Coherent Solid Fraction 의 coherency 점 밑에서는 점도는 고상율의 함수이다. 간섭 고상율보다 큰 고상율에 대해서는 고상율의 함수에 비례하는 항력계수를 갖는 Darcy 형태의 항력이 이용된다. 이 항력은 모멘텀 방정식에 (b_x,b_y,b_z) 로써 추가된다- Momentum Equations 를 보라. 이 항력의 계산은 Solidification Drag Model 에서 기술된다. 항력계수는 사용자가 유동저항에 양을 조절할 수 있는 Coefficient of Solidification Drag 인자를 포함한다. 항력계수는 FLOW-3D 출력에서 기록된 속도에 상응하는 지역 상 평균 속도에 의해 곱해진다.

Fluid 1 Properties)을 지나면 항력은 무한대가 되고 계산격자 관련하여 유동이 있을 수 없다(단 예외로 Moving Solid Phase를 참조).

Note

모든 유체가 완전히 응고하면 모사를 정지시키기 위해 General → Finish condition → Solidified fluid fraction 를 이용한다. General → Finish condition → Finish fraction 은 모사를 중지하기 위한 고상율 값을 정한다.

Drag in the Mushy Zone, Mushy영역 내 항력

주조 시 mushy zone 은 액상과 고상이 혼합물로 존재하는 지역이다. 이 지역 혼합점도는 동축의 수지상 조직(과냉각된 액체 안에서 방사상으로 자라는 결정으로 된 구조) 이 액체 안에서 자유롭게 부유할 때 영향을 미친다.

일단 수지상 조직의 간섭성이 발생하여 고정된 고상 망이 형성되면 액상이 고정된 다공 수지상 구조를 통과해야 하므로 추가의 유동손실이 발생한다. 다른 방법으로는 간섭점을 지난 액/고상 혼합물은 다공물질을 통한 유동 대신에 고점도의 유체로 간주될 수 있다. 점성유체로 간주하는 접근은 예를 들면 연속 이중 롤 주조 과정같이 고상이 계속 이동 및 변형할 때 유용하다.

Solidification Drag Models in FLOW-3D, FLOW-3D 내 응고 항력모델

응고에 의한 항력계수를 정의하기 위해 사용자는 우선 열전달 및 응고모델을 활성화 해야 한다. 이들은 Model Setup → Physics 탭 에서 활성화될 수 있다. 수축모델 또한 응고모델 창에서 활성화될 수 있다.

일단 Solidification 모델이 활성화되면 항력의 공식이 지정될 필요가 있다. Solidification대화의 밑 좌측 모퉁이에서 Porous media drag-based 와 Viscosity-based 의 항력공식 중의 선택을 한다.

- Viscosity-based 공식은 점성 유체로 취급하며 Viscosity 영역 내Flow model for solidified metal 입력 밑에서 지정되는 순수 고상 점성을 갖는 고상화된 유체로 간주된다. 이 접근법은 경직성의 항력모델(즉, 응고 금속이 롤러 사이로 압착될 때)을 사용할 수 없는 경우의 모사에 이용된다. 이 점성은 고상율에 따라 선형으로 변한다.고상율이0일 때 점도는 유체1의 점도이다.고상율이1이면 점도는 Solidification 패널에서 지정된 값과 같다.
- Porous media drag-based 공식은 응고상태를 결정하기 위해 고상율을 사용한다. 고상율이 Critical Solid Fraction 이거나 초과하면 이때 항력은 무한대가 된다-즉, 액상/고상 혼합물은 고체같이 거동한다. 고상율이 Coherent Solid Fraction 보다 작으면 항력은 0이다. 이 두 값 사이에서 유동은 mushy 지역에 있고 이를 통한 유동은 마치 다공질 내에서의 유동같이 처리된다. 또한 모델은 고상율이 Coherent Solid Fraction 보다 작을 때 자동적으로 용융 금속의 점도를 조절한다. 이 상태에서 고상결정은 점도를 올리지만 결합하지는 않는다(즉, 간섭 없음). 일단 유체가 Coherent Solid Fraction 에 도달하면 항력방정식이 고려되고 점도는 간섭성에 도달하기 전의 값으로 일정하게 된다. 임계 및 간섭 고상율은 사용자가 정의하며 논문이나 책 등에서 찾을 수 있다. 이 식에서는 Coefficient of Solidification Drag 가 정의되어야 한다. 이는 Solidification 창 또는 Fluid 1 → Solidification Model→Solidified Fluid 1 Properties tree → Other 트리를열어 Model Setup →Fluids 탭에서 될 수 있다.

How to Calculate Permeability 투과성 계산법

밑에 주어진 Darcy법칙은 수지상 구조를 위한 다공매질내의 수학적 유동기술이다.[Poi87].

(19) $\mathbf{u} = - \frac{K}{\mu} \nabla P$

여기서 u 는 수지상 구조 내 유동의 속도이고 ∇P 는 지역 압력구배, 그리고 K 는 mushy 구역의 특정 투수성이다. 이 방정식은 단지 유동이 거의 정상 상태이고, 관성효과가 없으며 유체의 체적율이 일정하고 균일하며 액체-액체의 상호작용 힘이 없을 때 유효하다. 투수성을 정의하는데 이용될 수 있는 대 여섯 개의 모델이 있으나 FLOW-3D 는 밑에 보여주는 Blake-Kozeny 을 이용한다. 다른 모델들은 코드와 함께 제공되는 소스코드를 사용자 사양에 맞게 수정하여 추가할 수 있다.

(20) $\mathbf{u} = -C_2 \left( \frac{\lambda_1^2 (1-f_s)^3}{\mu f_s^2} \right) \left( \nabla P - \rho \mathbf{g} \right)$

여기서

C₂는 전형적으로 와 같은 비틀림

f_s는 고상율이고

λ₁는 유동을 위한 특정 치수

이 응용에서 수지상 가지 간격(DAS)이 이용된다.

식 (11.19) 을 식(11.20) 에 적용하면 투수성을 위한 다음 식을 얻는다.

(21) $K = \lambda_1^2 \frac{(1-f_s)^3}{180f_s^2}$

수지상 가지 간격(DAS)에 대한 일반적인 값들은 밑에 주어져 있다.

Range of Cooling Rates in Solidification Processes¶
COOLING RATE, K/s	PRODUCTION PROCESSES	DENDRITE ARM SPACING, $\mu m$
$10^{-4}$ to $10^{-2}$	large castings	5000 to 200
$10^{-2}$ to $10^3$	small castings, continuous castings, die castings, strip castings, coarse powder atomization	200 to 5
$10^3$ to $10^9$	fine powder atomization, melt spinning, spray deposition, electron beam or laser surface melting	5 to 0.05

Range of cooling rates in solidification processes [CF85]

How FLOW-3D Defines the Coefficient of Solidification Drag FLOW-3D 가 응고 항력계수를 결정하는법

FLOW-3D 는 액고상 변화를 모델링하기 위해 다공매질항력을 이용한다. 항력은 고상율의 함수이다. 사용자에게 두 수축모델이 이용 가능하다; 급속 수축 모델 과 완전 유동모델. 급속 수축 모델은 상변화와 연관된 체적변화를 고려하지 않으며 유체는 정지해 있다고 가정한다. 완전 유동모델은 상변화가 관련된 체적변화를 고려한다. 항력은 투수성에 역으로 비례하므로 다음과 같이 표현될 수 있다.

(22) $K = \frac{\mu}{\rho F_d}$

여기서, F_d는 FLOW-3D 에서 사용된 항력계수이다. 이 항력계수는 지역 속도에 의해 곱해지고 모멘텀 방정식의 오른쪽에서 차감된다 (Momentum Equations 참조). 식 (11.22) 를 재정리하고 식 (11.21) 로부터의 투수성에 치환하면 다음을 얻는다.

The Coefficient of Solidification Drag: $\text{TSDRG}=\frac{180 \mu}{\lambda_1^2\rho }$ ,
The drag force: $F_d = \mbox{TSDRG} \frac{ f_s^2}{(1-f_s)^3}$ .

See also

Model Reference -> Solidification

Macro-Segregation during Alloy Solidification 합금응고시 거시적 편절

편절 모델은 대류와 확산에 의한 용질 이동에 따른 이원합금 요소에서의 변화를 모델링 하도록 되어 있다. 이 모델링은 Physics → Solidification 로 부터 될 수 있다.

Activate binary alloy segregation model 을 체크하고 편절 모델을 활성화한다.

여러 온도에서 평형에 있는2원합금 요소농도를 정의하는 상태도는 직선의 고상선 및 액상선을 가진다고 가정된다. 상태도는 입력데이터에 의해 구성되고 전처리 그림파일 prpplt 에 포함된다. Analyze → Existing 에서 이용 가능하다

Macro-Segregation Model (under Fluids → Fluid 1 → Solidification Model)에 관련된 일부 유체물성 트리가 밑에 보여진다. 상태도는 Reference Solute Concentration 에서의 the Solidus 와 Liquidus Temperatures 값들에 의해 정의된다. 추가로 Concentration Variables 밑의 Partition coefficient 도 정의되어야 한다. 그렇지 않으면 Pure Solvent Melting Temperature 가 정의될 수 있다. Partition coefficient 와 Pure Solvent Melting Temperature 둘 다가 지정되면 용매 용융 온도는 상태도로부터 재 정의된다.

Eutectic Temperature 또는 Eutectic Concentration 는 융해작용을 정의하기 위해 지정될 수 있다. 또 이 두 변수가 다 지정되면 Eutectic Concentration 은 상태도에서 재 정의된다.

Diffusion Coefficients 는 고상과 액상 사이의 용질의 확산계수 비율을 정의한다. 액체 내의 용질의 분자 확산계수는 Physics → Solidification 에서 specifying Solute diffusion coefficient 를 지정함으로써 정해진다. RMSEG 는 용질의 난류 확산계수 승수를 정의한다; 이는 입력파일에서 직접 지정된다.

용질 재 분배에 의한 농도변화가 중요하면 Physics → Density evaluation → Density evaluated as a function of other quantities를 정하고 용질농도의 선형함수로써 금속농도를 정의하기 위해 Fluids → Segregation model 밑의 Solutal Expansion Coefficient 를 용질 확장계수로 지정한다. 이 경우 Reference Solute Concentration 이 기준농도로 사용될 것이다. 추가로 Fluids → Fluid 1 → Density Properties → Volumetric Thermal Expansion 은 액체 내 열부력 효과를 참작하기 위해 지정될 수 있다(또한 Buoyant Flow참조).

초기 용질농도는 Meshing & Geometry → Initial → Global → Uniform alloy solute concentration 에서 지정될 수 있다. 불 균일한 초기 분포는 Alloy solute concentration 밑의 초기유체 구역 안에서 정의될 수 있다. 추가로 농도는 Initial Conditions: Region Values 에서 기술된 바와 같이 2차함수를 사용하는 부분을 편집하여 공간상의2차함수로 변화할 수 있다. 압력과속도 경계에서 용질 경계조건을 정하기 위해 Boundaries → Boundary face → Solute concentration 를 이용한다.

액상 및 고상 구성은 후처리에서 데이터 변환을 이용하여 그려질 수 있다. 용융 응고금속은 금속 내 용융의 질량 분율을 저장하는 SLDEUT 를 그림으로써 가시화될 수 있다.

액상 내 열구배가 크면 Physics → Heat Transfer → Second order monotonicity preserving 를 지정함으로써 더 나은 정확성을 위해 고차원 이류법을 사용한다.

mushy 지역에서의 유동손실은 수지상 가지 간격(DAS)의 함수인 Fluids → Fluid 1 → Solidification Model → Solidified Fluid 1 Properties → Coefficient of Solidification Drag 에 의해 조절된다. 후자는 이 모델에 의해 계산되지 않으므로 사용자는 Coefficient of Solidification Drag 를 지정해야 한다

Note

표준 응고모델 과는 달리 상태도상의 용융점을 지나 고상선을 외삽하여 정의되므로 여기서 응고선의 값은 음수일 수 있다.

Microporosity Formation 미세다공형성

미세다공모델은 단지 응고(Solidification참조)를 모델링할 때 사용될 수 있고 Physics → Solidification → Activate micro-porosity model 에서 활성화된다. 필요한 입력은 Fluids → Densities → Fluid 1 and Fluids → Solidification Properties → Solidified Fluid 1 Properties → Density 에서 정의되는 액체와 고상 유체밀도이며 고상유체밀도는 액체밀도보다 크다. 또한 Fluids → Fluid 1 → Solidification Model → Solidified Fluid 1 Properties 안에 있는 Critical Solid Fraction 은 1.0보다작게 설정되어야 한다.

Square of the speed of sound at critical solid fraction 값이 정의될 수 있다. 이는 수축에 의해 mushy 지역에서 전개되는 커다란 음압에서의 응고유체의 압축성을 기술한다. Critical pressure at which gas pores can form 값은 모델이 Initial tab 탭에서 또는 재 시작 데이터에서 정의되는 유체내의 초기 압력과 결합되도록 한다.

Intensification pressure 또한 다공 생성을 지연시키기 위해 응고 시 shot sleeve plunger 에 의해 형성되는 추가압력을 고려하기 위한 고압 주조모사를 위해 정의될 수 있다. Intensification pressure 가 클수록 더 적은 양의 다공이 주조 시 응고 과정에서 발생할 것이다.

미세 다공 모델은 응고 모델의 활성화 이외의 어떤 다른 설정을 필요로 하지 않는다. 이는 완전 유동방정식이나 속도장이 0인 경우, 즉 순수한 열 문제에서도 함께 사용될 수 있다.

이 모델은 후처리 과정의 공간 및 이력에서 사용 가능한 Percent micro-porosity 라고 불리는 추가 출력 양을 생성한다.

Note

A Flow Science technical note on modeling micro-porosity (TN66) can be found at http://users.flow3d.com/technical-notes/.

Moving Solid Phase 이동고상

MAIN VARIABLES:

OBS:

IFOB, UTOBS, VTOBS, WTOBS

이동고상 선택은 연속주조 모델링을 가능하게 한다. Continuous Casting Phantom 요소는 응고된 이동 유체가 있는 지역에서 정의된다. 이는 지정된 영역을 차지하지만 정의에만 존재하므로 환영요소라고 한다. 이는 실제로 면적이나 체적을 차지하지 않으므로 체적이 없고 결과에서도 고체요소로 보이지 않는다. 이는 Meshing & Geometry → Geometry → Component → Component Type 옆 펼쳐지는 메뉴에서 정의된다.

다른 방법으로는 입력파일(prepin.*)에서 IFOB(N) 변수가 4로 지정되고 N 은 요소 번호이다. 이 파일은 File → Edit Simulation…. 을 선택하여 이용될 수 있다. 또한 입력파일에서 시간의 함수(TOBS(t) 에 의해 지정되는)일 수 있는 가상 요소의 속도성분 UTOBS(t,N), VTOBS(t,N) 그리고 WTOBS(t,N) 이 지정된다.

Fluids → Fluid 1 → Solidification Properties → Solidified Fluid 1 Properties → Coherent Solid Fraction 에 의해 정의된 간섭 고상율 보다 큰 고상율에 대해서는 Darcy 형태의 항력 이 유체를 가상 요소의 속도로 움직이게 하는데 사용된다. 고상율이 Fluids → Fluid 1 → Solidification Properties → Solidified Fluid 1 Properties → Critical Solid Fraction 에서 지정된 경직점을 능가하게 되면 가상 요소의 속도를 따라 움직일 것이다.

Note

가상 요소는 요소 그림에 안 나타나나 Component number 를 그릴 때는 보여진다.가상 요소는 균일속도가 요소의 전체에 적용되므로 평평해야 한다.

Solidification Shrinkage 응고수축

체적 수축은 소재가 응고하고 응고소재의 밀도가 액체소재의 밀도보다 클 때 나타난다(즉, Fluids → Fluid 1 → Solidification Model → Solidified Fluid 1 Properties → Density > Fluids → Fluid 1 → Density Properties → Density). 수축모델은 그러므로 Solidification 모델이 활성화되어야 하고 고상/액상의 두 밀도가 정의되어야 한다. 수축은 단지 1유체의 뚜렷한 경계면 문제에서만 모델링 될 수 있다.

두 가지 수축모델이 있다. Shrinkage model with flow effects 를 선택하면 완전 열 유체방정식을 해석한다(이론 매뉴얼의Solidification Shrinkage and Porosity Models 참조). 그러나 이 모델은 특히 장시간의 응고가 고려되면 컴퓨터 계산시간이 많이 소요된다. 다른 방법으로 사용자 Interface 에 Shrinkage model 이라고 불리는 단순모델이 있다.

이 모델은 단지 열전달 방정식의 해석에 의존하며 특히 내재적 열전달 모델 (Numerics → Explicit/implicit options → Heat transfer → Implicit –Thermal solution 참조)과 사용시에 빨리 해석할 수 있다. 액체 체적 내로의 유동 통로가 없을 때 내부공동이 발생한다.

이 두 모델에서 유입은 mushy 지역 유동에 대한 항력계수를 계산함으로써 정의된다. 격자 내 모든 점에서의 항력함수는 상수승수 Fluids → Solidification properties → Other → Coefficient of Solidification Drag (Solidification Drag Model 참조)를 가지는 지역 고상율의 함수로 계산된다. 항력함수의 역의 값은 공간 그림에서 가시화 될 수 있다: 이 그림을 위한 변수이름은 ‘drag coefficient’ 이다.

Mushy 지역에서의 커다란 유동 손실에 따른 부분적 유입이 Shrinkage model with flow effects 에서 발생할 수 있지만 단순화된 Shrinkage model 은 완전 유입이 아니면 유입이 없게 된다. 후자는 유입 통로를 따라 지역 고상율이 Fluids → Fluid 1 → Solidification Model → Solidified Fluid 1 Properties → Critical Solid Fraction (디폴트는1.0)에서 정의된 임계값보다 커질 때 발생한다. 추가로 고립된 액체 내의 금속의 고상율이 Coherent Solid Fraction 에 도달할 때까지 단순모델에서의 유입은 고립부 상부로부터 발생한다. 그 후로는 유입이 고립부의 가장 뜨거운 부분에서부터 발생한다.

모든 유체가 완전히 응고되면 모사가 정지하도록 General → Additional finish condition → Solidified fluid fraction 를 사용한다. 변수 Finish fraction 는 유체가 지정된 고상율에 도달할 때 모사가 정지하도록 하는데 사용될 수 있다.

$Solid fraction finish condition$

Note

이송 방향을 결정하기 위해 단순 수축 모델에서 중력이 필요하며 좌표축 중 하나를 따라야합니다. 둘 이상의 중력 구성 요소가 0이 아닌 경우, 가장 큰 중력 구성 요소가 공급 방향을 결정하는 데 사용됩니다.

Tag: 상변화

산업설비용 2상 스테인리스강 개발 동향 및 용접성 기술 보고서

Development Trends of Duplex Stainless Steels for the Process Industries and It’s Weldability

Paper Metadata

Keywords

Executive Summary

Research Architecture

Key Findings

Industrial Applications

Theoretical Background

2상 스테인리스강의 야금학적 구조

질소(N)의 합금학적 역할

Results and Analysis

Experimental Setup

Visual Data Summary

Variable Correlation Analysis

Paper Details

산업설비용 2상 스테인리스강 개발 동향 및 용접성

1. Overview

2. Abstract

3. Methodology

4. Key Results

5. Mathematical Models

Figure List

References

Technical Q&A

Q: 2상 스테인리스강에서 질소(N) 함량을 정밀하게 제어해야 하는 이유는 무엇입니까?

Q: 슈퍼 2상 스테인리스강(S32750) 용접 시 시그마상 석출을 방지하기 위한 핵심 전략은?

Q: Lean급 2상 스테인리스강이 기존 316L 오스테나이트 강종을 대체할 수 있는 근거는 무엇입니까?

Q: 용접 열영향부(HAZ)에서 결정립 조대화가 발생하는 메커니즘과 그 억제 방안은?

Q: 2상 스테인리스강 용접부의 적정 페라이트 함량 범위와 그 이유는 무엇입니까?

Conclusion

Source Information

Technical Review Resources for Engineers:

ABSTRACT

KEYWORDS

서 론

참고문헌

Heat and Mass Transfer in a Cryogenic Tank in Case of Active-Pressurization

하이라이트

Abstract

키워드

FLOW-3D 용접해석 개요

해석 필요성

해석을 통해 얻는 이점

접촉선의 고정(Contact Line Pinning)

모델링 기능(Modeling Capabilities)

유동 모델링(Flow modeling)

신규소식 및 기술자료

FLOW-3D WELD/AM 웨비나

FLOW-3D European Users Conference 2026

CUSTOMER 추천 평가

수행 실적

Drag in the Mushy Zone, Mushy영역 내 항력

Solidification Drag Models in FLOW-3D, FLOW-3D 내 응고 항력모델

How to Calculate Permeability 투과성 계산법

How FLOW-3D Defines the Coefficient of Solidification Drag FLOW-3D 가 응고 항력계수를 결정하는법

Macro-Segregation during Alloy Solidification 합금응고시 거시적 편절

Microporosity Formation 미세다공형성

Moving Solid Phase 이동고상

Solidification Shrinkage 응고수축