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多孔質体領域を持つ曲がり流路(陰解法)

更新:2017/6/1
OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/incompressible/porousSimpleFoam/angledDuctImplicit

概要

流路中間にフィルターを模した多孔質体がある流れの解析を行います。流体は領域 inlet(青色部の端面)から体積流量 0.1 m3/s で流入し、フィルター(赤色部)を通過して領域 outlet(緑色部の端面)から流出します。

モデル形状 モデル形状

多孔質体は Darcy-Forchheimer 則 S_i = -\biggl(\mu D_{ij}+ \frac{1}{2}\rho\left \vert u \right \vert F\biggr) u_i に従い、i 方向の流速 ui (i=x, y, z)に対して流れ反対方向を向いた生成項 Si(圧力損失)がナビエ・ストークス方程式に追加されます。ただしここで μ は粘性係数、ρ は密度です。

多孔質体の特性を決めるパラメーター Dij、F、特性方向、多孔質体を設定する領域は以下の様にファイル constant/porosityProperties で指定します。

porosity1
{
    type            DarcyForchheimer;
    active          yes;
    cellZone        porosity;

    DarcyForchheimerCoeffs
    {
        d   (5e7 -1000 -1000);
        f   (0 0 0);

        coordinateSystem
        {
            type    cartesian;
            origin  (0 0 0);
            coordinateRotation
            {
                type    axesRotation;
                e1      (0.70710678 0.70710678 0);
                e2      (0 0 1);
            }
        }
    }
}

ファイル system/fvSolution 内の「SIMPLE」で「nUCorrectors」に非ゼロを指定することで陽解法ではなく、陰解法で計算が行われます。

乱流モデルには標準 k-ε モデルを使用します。

メッシュは以下の通りで、メッシュ数は22000です。

メッシュ メッシュ

乱流エネルギー、乱流消失率を可視化する場合は ParaView 上で「Properties」タブの「k」、「epsilon」にチェックを入れます。

「Properties」タブの「k」、「epsilon」にチェック 「Properties」タブの「k」、「epsilon」にチェック

計算結果は以下の通りです。

流速(U) 流速(U)
圧力(p) 圧力(p)
乱流エネルギー(k) 乱流エネルギー(k)
乱流消失率(epsilon) 乱流消失率(epsilon)

多孔質体部分で流速、圧力が大きく低下していることがわかります。

実行コマンド

cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/porousSimpleFoam/angledDuctImplicit angledDuctImplicit
cd angledDuctImplicit

m4 system/blockMeshDict.m4 > system/blockMeshDict
blockMesh
porousSimpleFoam

paraFoam

計算時間

7秒 ※シングル、Inter(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz 3.40GHz

参照