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タンク内の水のスロッシング(3次元)

更新:2017/7/28
OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/multiphase/interDyMFoam/ras/sloshingTank3D

概要

解析モデル 解析モデル

メッシュ移動機能を使用して揺れるタンクの中に入った水の動きの解析を40秒分、行います。水の体積はタンクの2割程度とし、残りは空気であるとします。

水、空気の各相の物性はファイル constant/transportProperties で指定しています。

メッシュの移動はファイル constant/dynamicMeshDict で以下の様に指定します。

dynamicFvMesh   solidBodyMotionFvMesh;
solidBodyMotionFvMeshCoeffs
{
    solidBodyMotionFunction SDA;
    SDACoeffs
    {
        CofG            (0 0 0);
        lamda           50;
        rollAmax        0.22654;
        rollAmin        0.10472;
        heaveA          3.79;
        swayA           2.34;
        Q               2;
        Tp              13.93;
        Tpn             11.93;
        dTi             0.059;
        dTp             -0.001;
    }
}

ここで SDA とは船舶設計解析(Ship Design Analysis)を意味し、3自由度(ロール、ヒーブ、スウェイ)の動きを提供するものです。各パラメーターの意味は次の通りです。

SDA のパラメーター
パラメーター意味単位
CofG重心m
lamdaモデルスケール率無し
rollAmax最大ロール振幅rad
rollAmin最小ロール振幅rad
heaveAヒーブ振幅m
heaveAスウェイ振幅m
Q減衰係数無し
Tp液体の時間周期
Tpn固有周期
dTi参照時間刻み
dTp単位 dTi あたりの Tp の増加
船舶の運動 船舶の運動

またファイル system/controlDict で以下の様に設定し、指定点、指定面での圧力 p を出力しています。出力データはフォルダ postProcessing 以下に保存されます。

functions
{
    probes
    {
        type            probes;
        libs ("libsampling.so");
        writeControl   timeStep;
        writeInterval  1;
        probeLocations
        (
            (0 9.95 19.77)
            (0 -9.95 19.77)
        );
        fixedLocations  false;
        fields
        (
            p
        );
    }
}

メッシュは以下の通りで、メッシュ数は25840です。

メッシュ メッシュ

計算結果は以下の通りです。

液相 water の界面
初期時刻での液相 water の界面 初期時刻での液相 water の界面
最終時刻での液相 water の界面 最終時刻での液相 water の界面
指定座標での圧力 p の時系列 指定座標での圧力 p の時系列。実線:座標 (0, 9.95, 19.77)、破線:座標 (0, -9.95, 19.77)。

実行コマンド

cp -r $FOAM_TUTORIALS/multiphase/interDyMFoam/ras/sloshingTank3D sloshingTank3D
cd sloshingTank3D

m4 system/blockMeshDict.m4 > system/blockMeshDict
blockMesh
cp 0/alpha.water.orig 0/alpha.water
setFields
interDyMFoam

# 3次元描画
paraFoam

# 指定座標での圧力の時系列をグラフ描画
gnuplot
gnuplot>plot "postProcessing/probes/0/p" using 1:2 title 'point 1' with lines lc rgb "black", "postProcessing/probes/0/p" using 1:3 title 'point 2' with lines dt (5,5) lc rgb "black"

計算時間

46分15.88秒 ※シングル、Inter(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz 3.40GHz

参照