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複数の固体・流体の間の熱伝達(輻射を考慮)

更新:2017/6/1
OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/heatTransfer/chtMultiRegionSimpleFoam/multiRegionHeaterRadiation

概要

空間が固体領域で区切られた様な解析領域を考えます。固体領域底部には発熱体が設定されているとして系全体の定常状態を計算します。領域は以下の様な5つの部分領域から構成されます。

モデル形状(領域 heater) モデル形状(領域 heater)
モデル形状(領域 leftSolid) モデル形状(領域 leftSolid)
モデル形状(領域 rightSolid) モデル形状(領域 rightSolid)
モデル形状(領域 bottomAir) モデル形状(領域 bottomAir)
モデル形状(領域 topAir) モデル形状(領域 topAir)

領域 topAir では X 最小面から流速 0.1 m/s で空気が流入し、X最大面から流出するものとします。また領域 bottomAir には流体の流入出は無いものとします。

領域 heater の底面は温度 500 K で固定、それ以外の解析領域外との境界温度は 300 K としています。各部分領域間には熱伝導条件が設定されています。

解析では輻射(放射)を考慮します。ソルバー実行前にユーティリティー faceAgglomerate、viewFactorsGen を使用してあらかじめ形態係数を計算しています。

解析後、ユーティリティー paraFoam を使用して各部分領域用の .OpenFOAM ファイルを生成します。可視化する場合は ParaView 起動後、メニューの [File]-[Open] から各 .OpenFOAM ファイルを開いて可視化します。

部分領域を全て読み込んだ状態 部分領域を全て読み込んだ状態

メッシュは以下の通りで、全体のメッシュ数は3000です。

メッシュ(領域 heater) メッシュ(領域 heater)
メッシュ(領域 leftSolid) メッシュ(領域 leftSolid)
メッシュ(領域 rightSolid) メッシュ(領域 rightSolid)
メッシュ(領域 bottomAir) メッシュ(領域 bottomAir)
メッシュ(領域 topAir) メッシュ(領域 topAir)

計算結果は以下の通りです。

固体領域の温度(T) 固体領域の温度(T)
XY面での温度(T) XY面での温度(T)
XY面での流速(U) XY面での流速(U)

実行コマンド

cp -r $FOAM_TUTORIALS/heatTransfer/chtMultiRegionSimpleFoam/multiRegionHeaterRadiation multiRegionHeaterRadiation
cd multiRegionHeaterRadiation

blockMesh
topoSet
splitMeshRegions -cellZones -overwrite

rm -f 0*/heater/{rho,nut,alphat,epsilon,k,U,p_rgh,Qr,G,IDefault}
rm -f 0*/leftSolid/{rho,nut,alphat,epsilon,k,U,p_rgh,Qr,G,IDefault}
rm -f 0*/rightSolid/{rho,nut,alphat,epsilon,k,U,p_rgh,Qr,G,IDefault}

changeDictionary -region bottomAir
changeDictionary -region topAir
changeDictionary -region heater
changeDictionary -region leftSolid
changeDictionary -region rightSolid

decomposePar -allRegions

mpirun -np 4 faceAgglomerate -region bottomAir -dict constant/viewFactorsDict -parallel
mpirun -np 4 faceAgglomerate -region topAir -dict constant/viewFactorsDict -parallel
mpirun -np 4 viewFactorsGen -region bottomAir -parallel
mpirun -np 4 viewFactorsGen -region topAir -parallel

mpirun -np 4 chtMultiRegionSimpleFoam -parallel

reconstructPar -allRegions

paraFoam -touchAll
paraFoam

ユーティリティー faceAgglomerate、viewFactorsGen を使用して形態係数を計算しています。

paraFoam コマンドで ParaView が起動した後、メニューの [File]-[Open] から各 .OpenFOAM ファイルを開く必要があります。

計算時間

24.78秒 ※4並列、Inter(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz 3.40GHz