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多孔質体領域を持つ曲がり流路への水の流入

更新:2017/7/1
OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/multiphase/interFoam/ras/angledDuct

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。水が領域 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/fvOptions で指定します。

porosity1
{
    type            explicitPorositySource;
    active          yes;

    explicitPorositySourceCoeffs
    {
        selectionMode   cellZone;
        cellZone        porosity;

        type            DarcyForchheimer;

        DarcyForchheimerCoeffs
        {
            d   (2e8 -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);
                }
            }
        }
    }
}

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

計算結果は以下の通りです。

液相 water の体積率(alpha.water)
初期時刻での液相 water の体積率(alpha.water) 初期時刻での液相 water の体積率(alpha.water)
最終時刻での液相 water の体積率(alpha.water) 時刻4.5秒での液相 water の体積率(alpha.wate)

多孔質体部分では水はしみ込みながら流路を上昇し、多孔質体部分を抜けてからは水面を作っている様子がわかります。また水面が流路出口の下端に到達すると水面の上昇が止まるのが確認できます。

実行コマンド

cp -r $FOAM_TUTORIALS/multiphase/interFoam/ras/angledDuct angledDuct
cd angledDuct

m4 system/blockMeshDict.m4 > system/blockMeshDict
blockMesh
interFoam

paraFoam

計算時間

5分43.57秒 ※シングル、Inter(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz 3.40GHz