전산유체해석 프로젝트에서 엔진 실린더 내부 공기 및 연료 혼합 효율 개선 설계에서 발생한 문제를 해결해 1위를 달성한 경험을 들고자 합니다. 평소 냉각 및 열교환 효율에 관심이 있었기에, 단순 유동 양상 확인을 넘어 정량적인 검증에 온도 지표를 활용하기로 하였습니다. 흡기행정 이후 수렴한 구간별 평균 온도의 표준편차가 20K 미만임을 구체적인 목표로 설정하였고, 실제 불완전 연소가 발생하는 상용 엔진을 벤치마킹하고 역학적 상사를 입증하여 경쟁 우위를 확보하고자 하였습니다.
그러나 밸브 형상을 CAD 모델링하고, 가변 격자를 구현하던 중 잔여 에너지 값이 수렴하지 않아 정확한 온도 값을 확인할 수 없었습니다. 복잡한 형상의 밸브와 가변 격자에 적용된 크랭크 암 함수가 주요한 원인으로 지적되었습니다. 1주일이라는 짧은 시간안에 두 가지를 모두 해결하기에는 계산을 하기 위한 계산 자원이 부족했습니다. 그러나 사실적인 모델은 필수적이라 생각했기에, 기능에 대한 학습과 격자의 정교함을 동시에 개선하는 방법을 강구해야 했습니다.
소프트웨어 한국 지사에 연락하여 기능 책자를 소개 받고 자비로 구매하였고, 가용한 워크스테이션이 있는 해석 연구실 3곳에 연락하였습니다. 최적설계 연구실에서 새벽에 사용해도 좋다는 허락을 받은 뒤, 조원들을 설득하여 각자의 PC에서 모델링을 지속 갱신하였습니다. 유체영역의 바닥면에 삼각함수를 변형하여 적용하였으며, 추가 확보된 컴퓨팅 파워로 밸브 모서리 구획을 분할해 개별로 4배의 격자를 구현하였습니다. 결과적으로 잔여 에너지 비율은 10만분의 1이하로 수렴하였으며, 실제와 같은 행정과 형상을 반영하면서 일관된 온도와 속도를 얻을 수 있었습니다.
최종 평가에서 정성적인 분석에 그치지 않고 정량적으로 열 교환 효과를 보이고, 상용 모델의 효율을 개선함을 입증하여 1위를 달성할 수 있었습니다. 문제 원인을 분석하고, 집요하게 해결하는 Trouble Shooting으로 현대 MOBIS의 개발 프로세스에 효율을 더하겠습니다.
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