多孔質体領域を持つ曲がり流路（陽解法）

OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/compressible/rhoPorousSimpleFoam/angledDuctExplicit

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）から質量流量 0.1 kg/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」の指定をしない（または0を指定する）ことで陰解法ではなく、陽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/compressible/rhoPorousSimpleFoam/angledDuctImplicit angledDuctImplicit
cp -r $FOAM_TUTORIALS/compressible/rhoPorousSimpleFoam/angledDuctExplicit angledDuctExplicit
cd angledDuctExplicit

m4 system/blockMeshDict.m4 > system/blockMeshDict
blockMesh
rhoPorousSimpleFoam

paraFoam

このチュートリアルでは「0」、「constant」の各ディレクトリはチュートリアル「多孔質体領域を持つ曲がり流路（陰解法）」のものを使用します。そのためケース「angledDuctExplicit」と同じディレクトリにケース「angledDuctImplicit」が置かれている必要があります。

計算時間

22.67秒　※シングル、Inter(R) Core(TM) i7-8700 CPU @ 3.20GHz 3.19GHz

参照