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多孔質体領域を持つ直線流路

更新:2017/6/1
このチュートリアルは Ubuntu 14.04 LTS 版 OpenFOAM では実行できません。Ubuntu 16.04 LTS 版 OpenFOAM を使用するか、foamyHexMesh を独自にビルドする必要があります。
OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/incompressible/porousSimpleFoam/straightDuctImplicit

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(X最小面)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(X最大面)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      (1 0 0);
                e2      (0 0 1);
            }
        }
    }
}

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16016です。メッシュの作成には foamyHexMesh を使用します。

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/straightDuctImplicit straightDuctImplicit
cd straightDuctImplicit

# メッシュの作成
surfaceFeatureExtract
foamyHexMesh
collapseEdges -collapseFaceSet indirectPatchFaces -latestTime -overwrite
collapseEdges -collapseFaces -latestTime -overwrite
checkMesh -allTopology -allGeometry -latestTime

# 計算用メッシュの更新と作業ファイルの削除
latestTime=`foamListTimes -latestTime`
rm -rf constant/polyMesh
mv "${latestTime}"/polyMesh constant
rm -r [1-9]*

porousSimpleFoam

paraFoam

計算時間

  • メッシュ作成:92.2秒
  • 解析:4.8秒

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

参照