1D CFD 해석 소프트웨어, Simcenter Flomaster
1D CFD 해석 소프트웨어, Simcenter Flomaster
주요 CAE 소프트웨어 소개
■ 개발 : 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어, www.siemens.com
■ 자료 제공 : 델타이에스, 070-8255-6001, www.deltaes.co.kr
Simcenter Flomaster는 엔지니어가 유동 흐름을 가상 시뮬레이션하고 최적화해 기체, 액체, 2상 시스템의 효율적 성능을 보장할 수 있도록 지원한다. 개발 주기 초반에 실행되는 이 작업으로 가장 효과적인 시점에 변경을 실시해 문제를 해결함으로써 출시 시간을 단축하고 비용을 절감할 수 있다.
Simcenter Flomaster는 내부에 갖춰진 경험적 데이터와 대규모 컴포넌트 라이브러리, 샘플 시스템을 제공해 엔지니어링 생산성을 향상시킨다. 정상 상태 및 천이 솔버로 신속한 컴포넌트 크기 결정, 압력, 온도, 시스템 전체 유동 연구를 실시하고 압력 서지와 같이 실제 운영 여건 중 발생하는 시스템 성능 문제를 모니터링할 수 있다. 대규모 엔지니어링 프로세스의 일환인 Simcenter Flomaster는 특정 컴포넌트에 대한 세부사항이 필요한 경우 Simcenter FLOEFD와, 전체 시스템의 시스템 분석이 필요한 경우 FMI(Functional Mock-up Interface)를 통해 타 시스템 수준 도구와 긴밀히 연동된다.
1. 디지털화의 선두주자
디지털화는 크고 복잡한 배관 시스템과 협력하는 산업을 위한 기술 및 비즈니스 프로세스를 개선할 수 있는 중요한 기회를 제공한다. 새로운 기술이 빠른 속도로 도입되고 있지만, 기존의 안전 및 규정 준수 요구 사항은 크게 변하지 않는다. 새로운 기술에 의해 구동되는 혁신은 발전, 환경, 화공 등 다양한 각종 플랜트 및 공정 설비에서 이러한 비협상 요구 사항에 의해 제한된다.
Simcenter Flomaster 소프트웨어는 디지털화의 다음 단계를 구현하는데 앞장서고 있다. 초기 엔지니어링 단계에서 모델링 및 시뮬레이션의 사용이 증가하고 있으며, 일반적으로 3D 플랜트 레이아웃, 공정 흐름 다이어그램 및 공정 및 계측 다이어그램(P&I)을 포함하는 플랜트 설계 CAD 환경 내에서 열유체 분석을 통한 시스템 시뮬레이션 솔루션이다.
2. 설계 및 분석 통합
설계 단계에서 분석의 통합은 CAE 모델 생성에 소요되는 귀중한 엔지니어링 시간을 줄인다. 플랜트 설계 환경에서 배관 시스템을 만들기 위해 많은 시간과 비용이 투자되었지만, 기존의 설계/분석 워크플로는 시뮬레이션을 위한 CAE 모델을 만드는데, 리소스의 부적절한 활용을 지적한다. 이는 워크플로를 간소화하고 발전 및 각종 플랜트 및 공정 산업의 혁신의 토대를 형성하는 지속적으로 연결되는 디지털 스레드에 대한 업계 전반의 필요성을 강조한다.
Simcenter Flomaster 소프트웨어를 사용하면 발전 및 각종 플랜트 설비의 여러 공정 시스템을 설계하고 분석한다. 설계 워크플로는 적절한 장비를 선택하고 안전성과 효율성을 위해 설계를 최적화하기 위해 여러 파이프 및 장비 배열을 분석하는 것이 포함된다.
기존의 모델링 접근 방식은 네트워크 회로도를 만들기 위해 시스템 순서도 및 파이프라인 등다양한 메트릭의 입력이 필요하다. 시스템 순서도 및 배관 아이소메트릭은 원하는 순서로 다양한 구성 요소를 조립하고 관련 기하학적 및 성능 데이터를 각각 추가하여 생성된다. 이 방법은 CAD 시스템과 독립적으로 작동하도록 설계된 CAE 툴의 전형적인 프로세스이다.
설계자는 기하학적 드로잉 또는 라우팅 레이아웃 모델링 외에도 성능 및 안전에 대한 선택 사항의 의미를 이해해야 한다. CAE의 목적은 성능과 기능에 따라 설계를 최적화하고 개선하는 것이다.
업계는 기존의 워크플로를 넘어 디지털 데이터와 모델을 활용하는 보다 통합된 접근 방식으로 이동하고 있다. 설계 프로세스에 대한 분석의 원활한 통합은 CAE의 잠재력을 최대한 실현하는데 핵심적인 것이다. Simcenter Flomaster는 엔지니어가 설계 환경 내에서 원활한 단일 인터페이스에 CAE를 통합하는데 사용한 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 통해 전체 제품 라인 개발을 지원한다.
3. 3D 시스템 모델링
플랜트 설계 및 공정설계 기술자들은 각자 자사 전용 P&ID 시스템 설계 소프트웨어 및 3D 플랜트 공장 모델링 소프트웨어로 만든 P&ID 및 3D 배관 모델을 포함하는 회사의 공정 시스템 모델을 제작한다. 설계 환경에서 동일한 Simcenter Flomaster 모델 및 메타데이터(예 : 파이프 클래스)에 대한 매핑 개체에 대한 정보가 있는 모델 리포지토리가 만들어 인터페이스 도구를 개발하는데 필요한 모든 빌딩 블록을 제공한다.
4. 분석 모델의 자동 생성
고객사 시뮬레이션 데이터는 중앙에서 관리되며 클라이언트는 중앙 서버에 연결하고, 관련 시뮬레이션 데이터는 동일한 리포지토리에 저장된다. 중앙 데이터 서버는 시뮬레이션에 필요한 구조화된 쿼리 언어(SQL) 데이터베이스를 호스팅하는 방법뿐만 아니라 관련 데이터의 일반 리포지토리와의 인터페이스의 역할을 상세히 제공할 수 있다.
P&ID에서 파생된 매핑 스키마 및 구성 요소 연결 시퀀스는 Simcenter Flomaster 명령줄 인터페이스에서 요구하는 플로마스터 동적 네트워크 어셈블리(FMDNA) 파일을 만드는데 사용된다. 커넥터 태그를 사용하면 사용자는 여러 페이지의 프로세스 흐름을 수집하고 적절한 프로세스 스트림을 식별할 수 있다. 그런 다음 사용자 지정 API 플러그인은 CAD 환경 내에서 호출되고 여러 프로세스 스트림 및 시스템 경계를 자동으로 선택한다. 단순화된 드롭다운을 통해 사용자는 경계를 압력 또는 흐름으로 지정하고 적절한 값을 설정할 수 있다.
유체 시스템 모델의 생성은 파이프 길이 및 직경과 같은 구성 요소별 데이터에 대한 자리 표시자와 T-접합 각도 및 노즐 치수를 포함한 기하학적 정보의 직접 전송으로 완전히 자동화된다. 이렇게 하면 수동 개입이 최소화되고 엄격한 허용 오차 설정으로 검증된 모든 데이터를 사용하여 자동화된 설정이 준비되어 시스템의 성능 특성에 대한 귀중한 정보를 제공한다. 그런 다음 양방향으로 데이터를 교환하여 Simcenter Flomaster와 플랜트 설계 CAD 도구를 연결하는 강력한 디지털 스레드를 만들 수 있다.
5. 통합 설계의 이점
CAD-Simcenter Flomaster 인터페이스를 구현하면 모든 구성 요소와 차원이 3D 모델과 동기화된다. 인터페이스는 학제 간 시스템 모델링 및 프로세스 및 파이프라인 모델링과 같은 다차원 모델링을 지원한다. 사용자는 연결, 구성 요소 감지 및 모델 검증을 위한 허용 오차 검사를 통해 중단점을 처리하는 방법을 사용하여 완벽한 모델 매핑 데이터베이스를 개발할 수 있다. 펌프 및 밸브와 같은 공정 장비에 대한 데이터베이스도 개발된 기능의 일부로 통합될 수 있다. 이를 통해 사용자는 설계 인터페이스 내에서 Simcenter Flomaster를 직접 호출할 수 있다.
개념 설계 단계에서는 프로세스 변경으로 인해 디자인 모델 변경이 자주 발생한다. 사용자 개발 API 도구는 시뮬레이션 모델을 신속하게 생성하고, Simcenter Flomaster 계산 결과를 기반으로 설계에 대한 참조를 제공하고, 솔루션을 보다 정확하게 평가할 수 있도록 한다. 통합 CAD 및 CAE 접근 방식을 통해 사용자들은 엔지니어링 비용을 약 50% 절감할 수 있다. 상세 설계 단계에서 사용자는 Simcenter Flomaster를 사용하여 배관 시스템의 저항을 확인하고 파이프라인, 티, 팔꿈치 및 기타 파이프 피팅의 압력 변화를 계산할 수 있다. P&I와 3D 모델을 결합하여 유체 네트워크 모델을 자동으로 생성하면 모델링 효율성이 향상된다. 이를 통해 자동화된 모델링은 며칠 또는 몇 달 간의 지루한 엔지니어링 노력과 비교하여 몇 시간 및 몇 분 만에 훨씬 짧은 시간 주기로 완료할 수 있다.
좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다.
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작성일 : 2024-01-01