탱크 슬로싱 시뮬레이션으로 액면 요동 테스트 Tank sloshing simulation. Slosh my world!

 

Tank sloshing simulation. 

Slosh my world!

탱크 슬로싱 시뮬레이션으로 액면 요동 테스트

Tank sloshing simulations on an industrial development timeline? Impossible… or?

다른 날, 호기심 때문에 위성 연료 탱크의 탱크 슬로 싱 시뮬레이션에 대한 기사와 논문을 읽게되었습니다. 구형 탱크의 액체 추진체 운동과 고체 막의 고체 변형 사이의 강력한 결합은 매혹적입니다. 유체 구조 상호 작용 (FSI)은 두 가지 유형의 수치 해석기 및 기술 (유한 체적을 가진 유체 및 유한 요소를 가진 고체)이 솔루션을 향해 함께 통신하고 수렴해야하기 때문에 시뮬레이션하기 어려울 수 있습니다.

그러나 일부 최근 논문의 결론에 충격을 받았습니다. 그들은 그러한 시뮬레이션이 너무 번거롭고 도구가 산업 타임 라인에 결과를 제공 할만큼 충분히 효율적이지 않다고 말했습니다. Simcenter STAR-CCM +의 애플리케이션 엔지니어로서 저는 FSI 연구와 같은 다중 물리 애플리케이션에 매일이 도구를 사용합니다. 나사에 망치를 사용하는 것과 같이 이러한 유형의 분석에 적합한 도구를 사용하지 않았을 수 있습니다. 결국 나사를 못 박는 대신 사용하는 것보다 훨씬 더 많은 노력, 정확성 및 시간이 낭비됩니다. 드라이버. 그런 다음 Simcenter STAR-CCM +의 내장 FSI 기능을 사용하여이 도전적인 연구를 해결하여 최대한 활용하고자했습니다.

First simulation: Just a tank

NASA 출판물을 기반으로, 그곳에서 공유 된 작은 정보를 사용하여 탱크 슬로 싱 시뮬레이션으로 테스트 벤치 설정을 재현하기 시작했습니다. 정현파 측면 변위는 세 기간 동안 탱크를 자극합니다. 그런 다음 시스템의 자연스러운 댐핑을 목격합니다.

저는 직경 1 미터의 탱크를 60 %까지 채우는 작업을하기로 결정했습니다. 여기 기간은 1.5 초입니다. 내가 만든 첫 번째 시뮬레이션에는 참조로 사용할 단단한 멤브레인이 없었습니다.

Adding a hyperelastic membrane

초 탄성 멤브레인 추가

논문의 연구와 유사하게 평평한 멤브레인으로 간단하게 시작합니다. 항공 우주 탱크 다이어프램에 사용되는 초 탄성 소재 인 SIFA-35로 만들어졌습니다. 솔리드 부품이 탱크 슬로 싱 시뮬레이션에 추가됩니다. 몇 번의 클릭만으로 양방향 결합 FSI 시뮬레이션이 이제 Simcenter STAR-CCM에 설정됩니다. 이것은 유체의 압력이 솔리드 부품을 변형시키고이 변위는 유체 백에 영향을 미치도록 메쉬를 변형한다는 것을 의미합니다.

내 워크 스테이션의 6 개 코어에서 3 시간 내에 NASA 스크린 샷과 잘 일치하는 결과를 얻을 수있었습니다.

Then, I just moved to a more realistic membrane crater shape. A few hours later, results were available: 그런 다음 더 사실적인 멤브레인 크레이터 모양으로 이동했습니다. 몇 시간 후 결과가 나왔습니다.

나는 멤브레인이 움직임을 감쇠시키는 데 효율적이어서 많은 일이 일어나지 않는다는 사실에 약간 실망했습니다. 그러나 올바른 도구를 사용하면 FSI 시뮬레이션을 만족스럽게 수행 할 수 있음이 입증되었습니다. 합리적인 시간 내에 CFD와 구조 솔버가 공통 프로그램 내에서 수렴되었습니다.

Pierced membrane for a satisfying visual 

만족스러운 비주얼을위한 피어싱 멤브레인

더 흥미 진진한 슬로 싱 케이스에 대한 탐구를 만족시키기 위해 나는 평평한 멤브레인의 케이스를 수정하고 구멍을 추가했습니다. 이와 같이 기체와 유체 사이에는 물리적 인 분리가 없습니다. 이 구성에서 저는이 FSI 시뮬레이션에서 훨씬 더 많은 일이 일어날 것으로 예상했습니다 : 막 이동, 기포 및 액체 제트… 그리고 이번에는 저를 실망시키지 않았습니다.

FSI everywhere!

No doubt, Satellites and tank sloshing are fascinating engineering examples, but you don’t have to go to outer space to explore the world of fluid structure interaction. Have you e.g. ever thought about bridges under heavy wind, or your very own heart?