토네이도에 소가 날아가는 것도 시뮬레이션을?!

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토네이도는 지구상에서 파괴적인 현상 중 하나입니다. 차갑고 따뜻한 공기가 만나 형성된 불안정한 기압은 소용돌이 치는 깔때기 모양의 구름을 만듭니다.

소용돌이 치는 바람은 300mph (거의 500kph)에 도달할 수 있으며 피해 경로는 1.6km (1마일)를 초과 할 수 있습니다.

이 놀라운 자연의 힘을 생각할 때 가장 먼저 무엇이 떠오르는십니까?

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영화 “트위스터” (1996)

저는 1996년에 개봉한 블록버스터 영화 “트위스터”가 생각났습니다.
실제로 토네이도가 소를 공중에서 날아다니게 할 수 있을까요?

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알테어에는 Altair HyperWorks™ Virtual Wind Tunnel이라는 도구가 있습니다. 이 소프트웨어를 사용하면 자동차 및 트럭, 경주용 자전거 및 고층 빌딩의 건축 설계에 이르기까지 모든 유형의 제품 컨셉 설계의 공기 역학적 특성을 시뮬레이션 할 수 있습니다.

비행 암소 이론을 테스트하기 위해 컴퓨터로 소 모델을 Virtual Wind Tunnel에 배치하여 소가 토네이도 바람에 어떻게 반응하는지 테스트를 수행하기로 했습니다.

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Virtual Wind Tunnel 속도 유선형

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Virtual Wind Tunnel 압력 계산

우리는 입구 속도가 300mph 인 바람 터널에 젖소를 넣었습니다. 한 방향에서 이 풍속에서는, 소는 겨우 195lb의 양력을 만들어내는데, 이것은 1,300파운드의 동물을 날리는 데 필요한 양보다 훨씬 적은 양입니다.

일정한 속도로 불어오는 바람으로, 소는 464lb의 드래그를 만들었습니다. 이 정도의 힘으로는 소의 균형을 잃게 할 수는 있지만, 영화 트위스터에서 본 것처럼 공중을 나는 소를 만들어내기에는 충분하지 않습니다.

그러나 토네이도는 복잡한 3차원 현상으로 바람이 원형으로 소용돌이치며 상승기류 흡입과 높은 수직 속도를 소용돌이의 중심에 만들어 냅니다. 이러한 높은 풍속에서는 트위스터의 나선형 바람 내 다양한 공기 밀도로 인해 발생하는 압축 가능한 유동 효과와 지속적으로 변화하는 힘을 정확하게 포착하기 위한 트랜젼트 CFD 해석이 필요합니다.

Virtual Wind Tunnel은 풍동 환경을 시뮬레이션 하는 외부 공기역학 분석을 위한 훌륭한 도구입니다. 그러나 토네이도의 동적 소용돌이 바람을 보다 정확하게 모델링하려면 Altair AcuSolve™에서 추가로 해석을 수행해야 합니다.

토네이도는 자동차와 집 전체를 포함하여 소보다 훨씬 무거운 물체를 집어들 수 있는 것으로 증명되었습니다. 그래서 우리의 기본적인 돌풍 시뮬레이션은 불행하게도 결정적인 결론을 도출하기에 충분하지 않습니다.

이러한 기상 현상의 복잡한 행동을 모델링하고 토네이도의 관찰된 실제 효과를 일치시키기 위해서는 추가적인 CFD 해석이 필요합니다. 아직은 공중을 나는 소 시뮬레이션이 결론에 이르지 못했습니다.

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감사합니다.
한국알테어

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