CfdOF 1강 CFD란 무엇인가?

FreeCAD에는 CfdOF라는 애드온(확장 프로그램)을 설치하여 전산유체 시뮬레이션을 진행할 수 있습니다.
본격적인 강의에 들어가기 앞서, 1강에서는 CFD 개념과 FreeCAD 및 CfdOF에 대한 개념을 간략하게 소개해 드리겠습니다. 기본적인 개념이 잘 잡혀 있어야 이후 단계로 수월하게 넘어갈 수 있습니다.

FreeCAD란?

FreeCAD라는 프로그램에 대해 이미 알고 계신 분들도 많겠지만, 간단하게 설명드리겠습니다.
FreeCAD는 개인과 기업의 구분 없이 누구나 개인적·상업적 용도로 사용할 수 있도록 오픈소스로 배포된 프로그램입니다. 공식 홈페이지에서 조금만 살펴보시면 더 자세한 내용을 확인할 수 있습니다.

오픈소스로 배포되었다는 장점 덕분에 스크립트 수정과 응용이 가능하여, 많은 개발자와 엔지니어들이 확장 프로그램(애드온)을 개발했습니다. 초기에 FreeCAD는 모델링 기능만 제공했지만, 현재는 어셈블리 및 도면 작업, 구조 해석, CFD 해석까지 가능해졌습니다.
이 정도 개념만 알고 계시면 됩니다. 우리는 CFD 해석을 진행하는 것이 주된 목적이므로 FreeCAD의 연혁과 관련된 복잡한 내용은 깊이 알 필요가 없습니다. 필요한 내용만 간추려 설명드리겠습니다.

CfdOF란?

CfdOF는 독일 엔지니어 올리버 옥스토비가 개발한 FreeCAD의 확장 프로그램입니다. GitHub 같은 소스코드 공유 플랫폼에도 스크립트가 공개되어 있어 누구나 다운로드하여 수정할 수 있습니다.
FreeCAD를 처음 설치하면 CfdOF는 포함되어 있지 않으므로, 애드온 매니저를 통해 별도로 설치해야 합니다. (설치 방법은 2강에서 자세히 다루겠습니다.)

그렇다면 CfdOF는 어떤 역할을 할까요?

CfdOF는 또 다른 오픈소스 소프트웨어인 OpenFOAM과 연동하여 FreeCAD의 그래픽 환경에서 해석을 진행할 수 있도록 해주는 역할을 합니다.

OpenFOAM

오픈폼은 무료로 배포되어있는 cfd해석 소프트웨어입니다. 국내에는 정보가 거의 없고 해외 개발자들은 실제로 많이 사용하기도 합니다. Ansys 라이센스 비용이 상당하기 때문에, 경제적인 여건이 안되는 개발도상국들도 이런 툴들을 많이 사용하는데요. 오픈폼의 치명적인 문제가 있습니다.

OpenFOAM을 사용하려면 그래픽 환경이 아니라 텍스트 기반으로 코드를 작성해야 하므로 상당히 불편하다는 것입니다.
Windows 환경에서 OpenFOAM을 실행하려면 WSL이라는 가상 환경을 설치해야 하므로, Windows에 익숙한 국내 엔지니어들이 쉽게 접근하기 어려웠습니다. 하지만 CfdOF가 이 문제를 해결해 주었습니다.

즉, FreeCAD에 CfdOF를 설치하면 OpenFOAM 및 기타 프로그램이 함께 설치되어 CFD 해석을 진행할 수 있게 됩니다.

ParaView

또 하나 알아두어야 할 프로그램이 ParaView입니다.
새로운 용어들이 계속 등장하니 다소 헷갈릴 수 있습니다. ParaView는 원래 OpenFOAM 해석 시 사용되는 별도의 후처리 프로그램입니다.

OpenFOAM만으로 해석을 수행하면 결과가 텍스트 기반 데이터 파일로만 출력되는데, 이를 시각적으로 확인하려면 별도의 프로그램이 필요합니다. 이 역할을 담당하는 것이 바로 ParaView입니다.

즉, ParaView는 OpenFOAM으로 해석된 데이터를 사람이 보기 쉽게 가시화해 주는 프로그램이라고 이해하면 됩니다.

정리

마지막으로 FreeCAD에서 CFD 해석을 진행하는 절차를 간략하게 정리하면 다음과 같습니다.

1. CfdOF 애드온을 활용하여 FreeCAD의 그래픽 환경에서 모델링을 보며 조건을 입력합니다.
2. OpenFOAM으로 연산을 수행합니다.
3. ParaView를 이용하여 해석 결과를 후처리합니다.

백문이 불여일견이므로, 2강부터는 실습을 통해 과정을 직접 확인하며 따라 해보겠습니다.

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