연료 시스템은 디자인 및 기능적인 관점에서 모두 자동차 산업에서 중요한 부분을 차지합니다. 조기 닫힘(shut off) 이나 기름 엎지름 등은 자동차 운전에 방해가 될뿐 아니라 예기치 못한 위험을 초래할 수 있습니다. 연료탱크 안에는 노즐을 닫히게 하기 위해서 가스 펌프 노즐 하단에 센서가 설계됩니다만, 연료의 충진 시 역류와 반복적인 조기 닫힘 또는 등을 일으킬 수 있으며 이는 성가심을 떠나 위험 할 수 있습니다.
FLOW-3D는 두 개의 연료 충전 시나리오를 분석하기 위해 사용됩니다. 공기가 백필없이 좁은 라인을 통해 통풍되면서 연료가 더 넓은 라인을 통해 채워집니다(좋은 경우, 위 애니메이션). 그러나, 다른 경우 (아래 동영상)는, 연료 인해 펌프 노즐의 위치에 좁은 벤트 라인을 통해 채우고 차단 / 유출 시나리오의 결과로 백필(Backfill) 현상이 발생하게 됩니다. FLOW-3D의 TruVOF 기술은 다상 연료 흐름의 신속하고 정확한 과도(Transient) 해석이 가능하고, 연료 탱크 및 연료 효율 표시 시스템 설계의 슬러싱 현상을 모델링 할 수 있습니다.
FLOW-3D를 사용한 디자인 비교 – 상단 애니메이션은 역류 흐름 문제가 없는 설계를 나타내고, 하단 애니메이션은 벤트 라인 역류 문제를 갖는다.
FLOW-3D 의 고객들은 끊임없이 자신의 설계 및 제조 공정을 개선하기 위하여 시뮬레이션을 사용한 결과와 실제를 비교 검증을 하고 있습니다.
Ladle Pour Simulation
Shot sleeve 공정을 최적화하는 것은 제품 품질을 보장하는 데 매우 중요합니다. FLOW-3D의 시뮬레이션 결과와 실제 사례 간의 비교는 시뮬레이션을 사용하여 엔지니어가 고가의 금형을 제조하기 전에 디자인을 향상시킬 수 있는 방법을 강조합니다. FLOW-3D의 GMO 기능을 이용하여 사용자는 전체 공정을 따라 실제 ladle로부터 fast shot까지 유체의 움직임을 정확하게 포착 할 수 있습니다. Simulation courtesy of Mr. Antoni Drys from Nemak Poland Sp. z o.o
Gravity Casting Validation
A gravity casting simulation compared with the reconstruction of the real filling, based on thermocoupled data. Courtesy of XC Engineering and Peugeot PSA.
Foundry: Simulating a Flow Fill Pattern
X 레이 사진 및 FLOW-3D 충전 시뮬레이션 비교표입니다. A356 알루미늄 합금으로의 사형 주형의 3 차원 중력 충진양상이고, legend 색은 용탕의 압력입니다. 시뮬레이션 결과는 대칭의 수직면에 나타나고 있습니다. X-rays courtesy of Modeling of Casting, Welding, and Advanced Solidification Processes VII, London, 1995.
X-ray validation of a sand mold filling
HPDC: Flow Pattern
Short shot compared to simulation results show good correlation. Courtesy of Littler Diecast Corporation.
Short sleeve validation – simulation versus casting part
HPDC Validation Showing Air Entrapment Defects
FLOW-3D의 Air Entrapment model을 사용하여 나온 시뮬레이션과 실험결과를 보여줍니다. 이는 세탁기 용 전동 모터에 대한 프론트 커버의 HPDC 결과입니다. 공기 관련 결함은 이미지의 컬러 형태로 정성적으로 표시됩니다. FLOW-3D 내의 다른 수치 기능에 의해 물리적인 air pocket도 명확하게 포착됩니다.
Successful comparison of casting simulation versus experimental results courtesy of Antrametal.
Modeling Air Entrapment
디젤 엔진 용 오일 필터 하우징(380 다이 캐스트 합금.)의 X 선 검증 사례입니다. X 선에 대한 자세한 영역은 최대 porosity concentration를 나타냅니다.
X-ray vs. FLOW-3D Cast validation of an oil filter housing for a diesel engine.
Simulation vs. Short Shot
Validation snapshots of actual casting parts vs. FLOW-3D simulations. From left to right: A transmission housing, an oil pan and an auto part.
Validating a High Pressure Die Casting Filling
HPDC casting validation comparing FLOW-3D results to the actual part
Predicting Die Erosion
The area of die erosion due to cavitation was correctly located in a comparison of FLOW-3D results to a real-world case.
Core Drying Validation
A comparison made by BMW between simulation and experiment of the drying of an inorganic core.
Predicting Lost Foam Filling
Comparison of real time X-ray and FLOW-3D metal flow simulation results on a lost foam L850 Block Bulkhead Slice. Simulation courtesy of GM Powertrain.
Simulation of the tilt pour process using FLOW-3D Cast.
경동주조는 수평 위치에 있는 금형에 용탕을 주입하는 공정입니다. 미리 세팅된 회전조건으로 주조 기계를 수직 위치로 회전시켜 용탕을 천천히 금형 안에 들어가게 합니다.
Temperature profile during a tilt pour filling cycle
경동주조 공정의 해석에서 금형의 회전을 완료하는 데 걸리는 시간은 매우 중요합니다. 회전속도는 사용자가 쉽게 최적화 할 수 있도록 FLOW-3D안에서 변경 가능합니다. 금형의 회전속도가 너무 빠르면 공기가 용탕에 포집되고, 너무 느리면 표면에 결함이 있을 것입니다. 온도 프로파일은 각각 액상 및 고상 온도로 최대 및 최소값을 그래프로 설정하여 가시화 됩니다. 여기는 제품이 절반 부분 채워지고 용탕 온도는 응고 온도에 접근하지 않아 초기 응고 현상이 일어나지 않을 것입니다.
Tilt pour casting animations
Surface oxide and entrained air defects (표면산화물과 공기의 혼입 결함)
수상 스포츠와 래프팅 장비에 사용되는 경량 알루미늄 부품은 높은 품질의 마무리가 필요로 하며 표면의 결함도 거의 없도록 주조 됩니다. 이 경동주조 시뮬레이션은 충진 과정에서의 표면 산화물과 공기가 포집될 가능성이 있는 영역을 보여 줍니다. 이러한 결함의 움직임을 아는 것은 주조 엔지니어가 결함을 제거하고자 게이트, 러너 및 라이저를 설계하는 데 도움이 됩니다. FLOW-3D는 6자유도(x,y,z 방향의 이동과 회전) 기능을 복합하여 금형의 모든 운동을 기술할 수 있으며 금형의 각 가속도 / 감속도을 시뮬레이션 할 수 있는 기능을 가지고 있습니다.
Velocity contours and thermal gradients
합금 속도의 정확한 제어는 turbulent gas porosity 같은 주조 결함을 최소화 시킬 수 있습니다.이 애니메이션은 자동 틸팅 순서를 통해 sprue 와 gate 설계 내 속도 윤곽을 보여줍니다. 온도 구배의 분석은 초기 응고와 뜨거운 금속을 나타냅니다. 더 나은 금형 설계를 위해 수축 결함 및 응고 볼륨 보상을 위한 금형을 설계합니다.
저압주조는 금형 하부에 위치한 스토크(stoke)가 용탕이 들어있는 보온로(furnace)와 금형을 연결하여 주조하는 공정입니다. 또한, 보온로는 탕구를 통해 용탕을 채우기 위한 압력을 제공합니다. 금형의 제품이 응고되면 스토크안의 미응고 용탕이 보온로 회수되도록 보온로의 공기압은 감소합니다. FLOW-3D는 금형온도분포해석, 충진, 응고, 열응력를 연속적이고 효과적으로 해석에서 재현할 수 있어 더 나은 설계를 할 수 있도록 해 줍니다.
Example of a low pressure die casting, predicting an incorrect fill pattern. Courtesy Form Stampi, SRL.
주조 기술 중 하나인 고압 다이 캐스팅 해석시 다른 많은 주조해석 소프트웨어에서 큰 문제들이 나타납니다. 충진되어야 할 부분은 대부분 매우 얇은 두께를 가지고 있어서 형상 구현에 필요한 격자의 수가 크게 증가되어야 합니다. 무엇보다도 금속은 높은 압력과 매우 빠른 속도로 금형안의 빈 공간에 충진됩니다. 금형 내부로 분사되고 비산하는 유동은 이 과정에서 혼입 된 공기로 인한 기포결함, 제품이 완전히 충진되기 전에 냉각이 시작하면서 발생하는 탕주름과 산화물 결함으로 이어질 수 있습니다. FLOW-3D는 실질적인 금형 충진 해석의 정밀도를 향상시키기 위해 정확성이 고도로 향상된 TruVOF™ 추적기법과 복잡한 형상을 모델링하는FAVOR ™ 기법을 포함하고 있습니다. 또한 FLOW-3D는 혼입 된 공기, 열 응력, 미세 결함 영역을 검출하기 위한 다양한 모델을 가지고 있습니다.
Thermal Die Cycling (금형온도분포, 금형싸이클링)
Die cycling 해석은 다이캐스팅 금형이 수천 개의 제품 생산에 반복적으로 사용되기 때문에 고압 다이 캐스팅에 필수적인 공정입니다. 생산시 모든 주조품에 대해서 동일한 금형 온도를 유지하는 것은 매우 중요한데, 이는 금형온도에 따라 주조품의 결괌이 발생할 수 있기 때문입니다. FLOW-3D는 다이캐스팅 싸이클에서 발생하는 금형 가열(충진, 응고), 스프레이, 에어 블로우로부터 온도 분포를 해석하므로 사용자는 냉각 채널의 위치를 정확하고 효과적으로 예측할 수 있습니다.
Shot Sleeve Optimization (슬리브 유동 최적화)
고압다이캐스팅에서 슬리브는 금형 속에 용탕을 빠르게 밀어넣는 데 사용됩니다. 일반적으로 슬리브는 수평으로 위치되고, 용탕은 슬리브 상면의 주입구를 통해 부어집니다. 플런저는 금형 반대편에서 슬리브를 통해 금형 안쪽으로 용탕을 밀어 넣게 됩니다. 적절하게 설계된 플런저 이동조건은 슬리브 내부의 공기 혼입을 최소화하고 슬리브에서의 응고를 피하기 위해 가능한 한 빨리 금형에 용탕을 충진하게 설계되어야 합니다. 하지만, 피스톤이 너무 빨리 이동하는 경우, 슬리브 내에서 용탕의 겹침현상이 발생하여 주조품에 공기 갇힘 결함이 나타날 수 있습니다. FLOW-3D는 다이캐스팅 해석시 플런저 이동에 따른 슬리브 내부의 유동을 실제와 동일하게 반영하여 이와 같은 기포 결함을 최소화할 수 있습니다.
Filling Simulations (충진해석)
고압 다이 캐스팅을 해석할 때, 가장 어려운 과제는 고압 및 고속으로 금형에 충진되는 용탕의 유동을 정확하게 추적하는 것입니다. 많은 주조해석 소프트웨어에서 용탕의 분사와 비산을 정확하게 모사하지 못하는 것이 제품의 결함 예측에 가장 큰 장애물이됩니다. FLOW-3D의 TruVOF™ method는 설계 엔지니어들이 금형내부에서 최적의 유동 패턴을 유도하기 위해 게이트의 위치를 확인하고, 오버 플로우의 위치를 확인하는데 핵심적인 역할을 할 수 있습니다.
Modeling Solidification (응고모델링)
Courtesy of Littler Diecast Corporation
FLOW-3D는 엔지니어로 하여금 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있는 내부 기공(porosity)의 발생을 알수 있도록 합니다. FLOW-3D는 2원계합금(binary alloy)의 편석(segregation)을 해석할 수 있습니다. 해석에 의한 온도 이력은 냉금(chill) 또는 냉각라인(cooling line)이 추가되거나 수정 될 필요가 있는지, 초기 용탕 온도를 변경해야 하는지 등을 결정하는데 도움을 줍니다. FLOW-3D는 내부 미세수축공의 형성, 열응력 및 2원계합금의 편석을 예측할 수 있습니다.
FLOW-3D 결함 추적 기능은 주조 엔지니어로 하여금 충진 공정에서 발생할 수 있는 표면 산화물 결함(surface oxide defect)을 예측하는데 도움을 줍니다. 산화물은 공기에 노출 된 용탕표면에서 매우 짧은 시간에 형성되고 바람직하지 않은 위치에서 모일 수 있습니다. 산화물 결함의 최종 위치는 전체 유동 조건, 난류 혼합, 유체 간의 충돌에 의존합니다. FLOW-3D는 금형디자인 개선을 위한 산화물의 양과 최종 위치를 정확하게 추적할 수 있습니다.
FLOW-3D는 고압 다이캐스팅의 충진해석 시 공동현상(cavitation)으로 인한 금형 침식 결함(die erosion defect)을 정확히 예측할 수 있습니다. 충진 시 매우 빠른 유동 면에서 용탕압력(Metal pressure)가 금형재료의 증기압(metal vapor pressure) 아래 떨어질 수 있습니다 이는 공동현상과(cavitation)과 침식(erosion)을 일으키게 됩니다. 공동현상으로 인한 침식결함을 예측하는 간단한 방법은 실제로는 공동현상을 재현하지 않고 공동현상의 가능성을 예측하는 것 입니다. FLOW-3D는 cavitation pressure와 국지적인 용탕 압력의 차이를 관찰함으로써 잠재적으로 공동현상(cavitation)이 나타날 수 있는 영역을 계산할 수 있습니다. 지정된 어떤 위치에서 캐비테이션 이나 금형 부침식에 대한 가능성은 이 두 압력의 차이가 큰 경우에 존재하는 것으로 해석됩니다. 금형 침식이 가장 있을 만한 곳의 신뢰할 수 있는 지표는 이 차이가 가장 큰 값을 가지는 국소적인 “hot spot” 입니다.
FLOW-3D의 Core Gas model은 주조물의 코어 가스에 의한 기포 결함을 제거 하기 위한 기능으로 충진되는 용탕에 의해 사형중자의 점결제가 연소하면서 발생하는 가스를 예측합니다. 사형중자의 수지 점결제의 연소와 코어 가스 방출의 진행 상황을 모니터링 할 수 있습니다. 점결제의 연소는 코어 강도의 손실을 의미합니다. 주조과정에서 충진현상과 응고현상을 동시에 같이 모니터 할 때, 이 모델을 통해서 용융 금속안으로 들어가는 가스를 예측할 수 있습니다. 이 모델의 core gas flow 와 core gas pressure가 가스 결함의 가능성을 알게하여 줍니다.
Binder loss in two internal cores of a valve iron casting
FLOW-3D 내의 Air entrapment model은 충진 동안 금형내에서 혼입되는 공기의 양을 추정하기 위해 사용됩니다. 이 모델은 기본적인 물리적 메커니즘을 기반으로 하고 있으며 정확한 미세기포의 예측이 가능합니다. 고속으로 분사되는 용탕과 공기의 혼합을 예측하는 모델로 사용자는 공기 혼입 결함을 방지하기 위한 시뮬레이션을 수행할 수 있으며, 여러 시행 착오 과정을 줄일 수 있습니다. Air entrapment model에 대한 자세한 내용은 모델링 기능 섹션을 방문하십시오.
A support arm cast in A380, colored by air entrainment. Courtesy of Littler Diecast Co.
A front gear housing, 380 die cast alloy, colored by percent of entrained air. Courtesy of Shiloh Industries.
4 simulation cases of the Caster Wheel Leg part. These parts are made of Zinc alloy #5. Courtesy of Deco Products.
FLOW-3D 는 CFD 응용 분야에서 가장 까다로운 자유 표면 유동 시뮬레이션을 해결하기 위해 Fortune 500 대 기업에서부터 소규모 가족 소유 기업에 이르기까지 전 세계적으로 R&D 및 생산 환경에서 사용되고 있습니다. 당사에서 제공하는 FLOW-3D로 주요 산업에서 수행 할 수 있는 사례를 살펴 보시려면 우측 메뉴의 관련 분야를 살펴보시면 도움이 될 수 있습니다.
FLOW-3D는 자유 표면 수치해석 분야에서 정확성과 사용 편의성으로 널리 알려져 있습니다. 유체의 유동 및 열전달 해석이 필요한 수리, 주조, 조선/해양, 항공/우주, 자동차, MEMS 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 예를 들면 금속 주조 분야에서 충진과정을 추적하는 것은 주조 결함과 주조되는 부품의 상태 및 정밀도를 예측하는 데 매우 중요합니다. 이 외에도 각 산업 분야에서 FLOW-3D를 적용한 사례들을 확인해 보시기 바랍니다.
수자원 공학 분야 : spillways, 댐 붕괴, 홍수 영향, 쓰나미, 수처리 및 하수 시스템을 통한 물 흐름을 추적하고 분석하는 분야에서 다양하게 활용되고 있습니다.
항공 우주 분야 : FLOW-3D 를 사용하여 항공기의 연료 탱크, 특히 우주선의 연료 유출을 정확하게 예측합니다.
적층 제조 분야 : FLOW-3D 는 적층 제조분야에서 현업에서 사용할 수 있는 유일한 CFD소프트웨어 중 하나로, 파우더 베드 퓨전과 같은 다양한 정교한 적층 제조 프로세스를 상세한 수준으로 모델링 할 수 있습니다.
레이저 용접 분야 : FLOW-3D는 용융 풀 역학분야에서 용접 이음매의 일관성과 강도에 중요한 역할을 하는 레이저 용접에 사용됩니다.
자동차 산업 분야 : FLOW-3D는 변속기 및 기어 모델링, 냉각 및 연료 시스템에서 가장 까다로운 열 유동 해석 분야의 문제 해결에 많이 사용되고 있습니다.
소비자 제품 개발 분야 : FLOW-3D는 샴푸 및 세제 병 채우기와 같은 소비자 제품 개발에 널리 사용됩니다 .
미세 유체 분야 : FLOW-3D는 현재 3D 프린팅으로 제품을 개발하고 있는 잉크젯 프린팅 산업에서 연구 개발부문에 압도적으로 사용되고 있습니다.
생물 의학 응용 분야 : 자유 표면 분석 필요성이 발생할 때마다, FLOW-3D 는 이러한 시스템을 시뮬레이션하는데 탁월합니다.
코팅분야 연구개발 : FLOW-3D는 코팅분야 제품 연구개발에 매우 자주 사용되고 있습니다.
Example of a low pressure die casting, predicting an incorrect fill pattern. Courtesy 
Binder loss in two internal cores of a valve iron casting
A support arm cast in A380, colored by air entrainment. Courtesy of Littler Diecast Co.
A front gear housing, 380 die cast alloy, colored by percent of entrained air. Courtesy of Shiloh Industries.
4 simulation cases of the Caster Wheel Leg part. These parts are made of Zinc alloy #5. Courtesy of Deco Products.