ANSYS CFX CEL 완전 정복

요약

• CEL(CFX Expression Language)은 ANSYS CFX에서 경계조건, 물성치, 모니터링 등에 수식을 직접 입력할 수 있는 표현식 언어입니다.
• Fortran 코드 없이 조건부 경계조건, 온도 의존 물성치, 시간 변화 함수 등 복잡한 물리 조건을 구현할 수 있습니다.
• 이 글에서는 CEL 문법 기초부터 실무에서 자주 쓰는 표현식 모음까지 정리합니다.

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CEL이란?

CFX Expression Language(CEL)은 ANSYS CFX에서 숫자 값이 들어가는 거의 모든 곳에 수식을 입력할 수 있도록 설계된 표현식 언어입니다. 경계조건에 고정 숫자 대신 CEL 표현식을 지정하면, 위치, 시간, 온도 등 변수에 따라 동적으로 값이 계산됩니다.

CEL은 CFX-Pre(시뮬레이션 설정), CFX-Solver(해석 실행), CFD-Post(후처리) 전 단계에서 사용 가능하며, 모듈별로 지원하는 함수와 평가 방식이 다소 다릅니다.

CEL과 CCL의 차이

혼동하기 쉬운 두 용어를 구분합니다.

• CEL (Expression Language) — 수식과 조건을 정의하는 표현식 언어. 경계조건, 물성치, 모니터 포인트에 사용
• CCL (Command Language) — 시뮬레이션 설정 전체를 텍스트로 정의하는 명령 언어. 자동화, 배치 처리에 사용

CEL은 CCL 내부에서 값으로 사용됩니다. 예를 들어, CCL로 경계조건 블록을 정의할 때 CEL 표현식을 값으로 지정할 수 있습니다.

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CEL 표현식 생성 방법

CFX-Pre에서 CEL 표현식을 생성하는 경로는 두 가지입니다.

방법 1 — Expressions 탭에서 직접 생성

CFX-Pre 상단 메뉴 또는 Outline 트리에서 Expressions를 선택하고, 표현식 이름과 수식을 입력합니다. 생성한 표현식은 경계조건, 물성치 등 값 입력란에서 이름으로 참조할 수 있습니다.

방법 2 — 값 입력란에서 직접 참조

경계조건이나 물성치 설정 화면에서 값 입력란 옆의 아이콘을 클릭하면 기존 표현식을 선택하거나 새로 생성할 수 있습니다.

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CEL 문법 기초

단위 지정

CEL에서 모든 수치에는 단위를 명시해야 합니다. 단위는 대괄호로 감쌉니다.

• 속도: 10 [m s^-1]
• 온도: 300 [K]
• 압력: 101325 [Pa]
• 무차원: 0.5 []

단위가 불일치하면 솔버가 경고 또는 에러를 발생시킵니다.

산술 연산자

• 사칙연산: +, -, *, /
• 거듭제곱: ^
• 괄호: ()

시스템 변수

CEL에서 바로 사용할 수 있는 내장 변수들입니다.

• x, y, z — 좌표 (공간 위치 기반 조건에 사용)
• r, theta — 원통 좌표 (사용자 좌표계 설정 시)
• t — 시간 (Transient 해석에서 시간 변화 조건에 사용)
• atstep, aiteration — 현재 타임스텝, 반복 번호
• 그 외에도 더 다양한 내장 변수들이 있습니다.

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주요 함수 모음

수학 함수

• abs(x) — 절대값
• sqrt(x) — 제곱근
• exp(x) — 지수
• log(x) — 자연로그
• log10(x) — 상용로그
• sin(x), cos(x), tan(x) — 삼각함수 (라디안)
• asin(x), acos(x), atan(x) — 역삼각함수
• min(a, b), max(a, b) — 최솟값, 최댓값

조건 함수

• if(조건, 참값, 거짓값) — 조건 분기
• step(x) — x >= 0이면 1, x < 0이면 0 (Heaviside 함수)

물리량 함수 (후처리/모니터링)

• areaAve(변수)@위치 — 면적 가중 평균
• massFlowAve(변수)@위치 — 질량유량 가중 평균
• massFlow()@위치 — 질량유량
• area()@위치 — 면적
• force_x(), force_y(), force_z() — 방향별 힘
• torque_x(), torque_y(), torque_z() — 방향별 토크
• probe(변수)@위치 — 특정 점에서의 값
• maxVal(변수)@위치, minVal(변수)@위치 — 최대/최소값
• volumeAve(변수)@위치 — 체적 가중 평균

논리 연산자

• 비교: ==, !=, >, <, >=, <=
• 논리: && (AND), || (OR), ! (NOT)

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실무에서 자주 쓰는 표현식

아래는 CFX 실무에서 빈번하게 사용되는 CEL 표현식입니다.

포물선 속도 프로파일

원형 파이프 입구에 완전 발달 유동 프로파일을 적용할 때 사용합니다.

U_max * (1 - (r / R_pipe)^2)

• U_max: 중심 최대 속도
• R_pipe: 파이프 반경
• r: 반경 방향 좌표 (사용자 좌표계 설정 필요)

온도 의존 점도

Arrhenius 형태의 온도 의존 점도를 정의할 때 사용합니다.

mu_ref * exp(A * (1/T - 1/T_ref))

• mu_ref: 기준 온도에서의 점도
• A: 활성화 에너지 관련 상수
• T_ref: 기준 온도

시간 기반 램프 함수 (Transient)

Transient 해석에서 경계조건을 갑자기 적용하면 수렴이 불안정해질 수 있습니다. 램프 함수로 점진적으로 증가시키면 안정적입니다.

V_final * min(t / t_ramp, 1 [])

• V_final: 최종 속도
• t_ramp: 램프 완료 시간
• t: 현재 시간

step 함수를 활용한 단계 변화

step 함수는 특정 시점 이후에 조건을 적용할 때 유용합니다.

Q_source * step(t - 0.5 [s])

t가 0.5초 이상이면 Q_source를 적용하고, 미만이면 0입니다.

위치 기반 초기 온도 분포

도메인 내에서 높이에 따라 초기 온도를 선형 분포로 지정합니다.

T_bottom + (T_top - T_bottom) * (y - y_min) / (y_max - y_min)

압력 손실 모니터링

입구와 출구의 전압(Total Pressure) 차이를 모니터링하는 표현식입니다.

areaAve(Total Pressure)@Inlet - areaAve(Total Pressure)@Outlet

질량유량 가중 평균 온도

출구에서의 질량유량 가중 평균 온도를 계산합니다. 열전달 해석에서 자주 사용됩니다.

massFlowAve(Temperature)@Outlet

조건부 소스항

특정 온도 이상인 영역에서만 열원을 적용합니다.

if(Temperature > 373 [K], Q_source, 0 [W m^-3])

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조건문 작성 시 주의사항

if문의 양쪽 표현식은 항상 평가됨

CEL의 if 함수는 프로그래밍 언어의 if-else와 다르게, 조건의 참/거짓과 관계없이 양쪽 표현식을 모두 평가합니다. 따라서 아래와 같은 표현식은 x가 0일 때 0으로 나누기 오류가 발생합니다.

if(x > 0 [m], 1/x, 0 [m^-1])

이 경우 안전한 대안은 분모에 작은 값을 더하는 것입니다.

if(x > 0 [m], 1/(x + 1e-10 [m]), 0 [m^-1])

중첩 if문으로 다중 분기

CEL에는 elseif가 없으므로, 여러 조건 분기가 필요하면 if문을 중첩합니다.

if(Temperature > 400 [K], mu_high,
  if(Temperature > 300 [K], mu_mid, mu_low))

단위 일관성

if문의 참값과 거짓값은 반드시 동일한 단위여야 합니다. 단위가 다르면 솔버 에러가 발생합니다.

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결론

ANSYS CFX CEL은 경계조건, 물성치, 모니터링에 수식을 직접 입력하여 복잡한 물리 조건을 구현하는 핵심 도구입니다. 포물선 프로파일, 온도 의존 물성, 램프 함수, 조건부 소스항 등 실무에서 자주 쓰는 표현식을 미리 정리해두면 설정 시간을 크게 줄일 수 있습니다. if문의 양쪽 평가 특성과 단위 일관성은 반드시 숙지해야 할 주의사항입니다.

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• 테스트 환경: ANSYS CFX 2020 R1 이상
• 마지막 업데이트: 2026.03

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