多孔質体の障害物周りの流れ

OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/incompressible/pisoFoam/laminar/porousBlockage

概要

一様な流れの中に置かれた多孔質体の障害物周りの流れを0秒から100秒まで計算します。乱流モデルを使用せずにナビエ・ストークス方程式を直接解きます。

障害物をセルゾーン porousBlockage として定義します。流体は領域 inlet から速度 (1, 0, 0) m/s で流入し、領域 outlet から流出します。Y方向の上下面である領域 symmetryPlane には対称条件を設定します。Z 方向は1メッシュとして2次元問題としています。

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        porousBlockage;
        type            DarcyForchheimer;
        D 1000;
        DarcyForchheimerCoeffs
        {
            d   ($D $D $D);
            f   (0 0 0);
            coordinateSystem
            {
                type    cartesian;
                origin  (0 0 0);
                coordinateRotation
                {
                    type    axesRotation;
                    e1  (1 0 0);
                    e2  (0 1 0);
                }
            }
        }
    }
}

メッシュは以下の通りです。

メッシュ メッシュ

計算結果は以下の通りです。

流速（U）
最終時刻での流速（U） 最終時刻での流速（U）
最終時刻での圧力（p） 最終時刻での圧力（p）

流れが不安定化し、障害物の後流にカルマン渦が発生しているのがわかります。

実行コマンド

cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/pisoFoam/laminar/porousBlockage porousBlockage
cd porousBlockage

blockMesh
topoSet

pisoFoam

paraFoam

計算時間

11.3秒　※シングル、Inter(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz 3.40GHz