非圧縮性流体ソルバーにおける温度計算

2020年12月29日

はじめに

function object の energyTransport を用いて、非圧縮性流体ソルバーにて温度計算を行う方法について。

使用バージョン

OpenFOAM v2012

energyTransport

v1712 から、function object にエネルギー方程式を追加するための energyTransport が追加されている。たとえば、interFoam (damBreak ケースなど) で温度計算を行うには、次のように設定する。

system/controlDict

functions
{
    energyTransport
    {
        type            energyTransport;
        libs            ("libsolverFunctionObjects.so");

        enabled         true;
        writeControl    outputTime;
        writeInterval   1;

        field           T;

        rho             rho;
        phi             rhoPhi;

        write           true;

        phaseThermos
        {
            alpha.water
            {
                Cp          4200;
                kappa       0.6;
            }
            alpha.air
            {
                Cp          1e3;
                kappa       0.0243;
            }
        }
    }
}

単相流の場合は、Cp、kappa を rho などと同じ並びに記述すればよい。

energyTransport は、エンタルピーではなく温度 (field で指定した変数) について解く。

interFoam の例

interFoam の damBreak ケースで energyTransport を用いるには、たとえば以下のようにすればよい。

• まず、上記 function object の設定を controlDict に記述する。
• 温度 T を解くので、0/T を用意する。
• system/fvSchemes に T の対流項の設定を追加。

  divSchemes
  {
      ...
      div(phi,T) Gauss vanLeer;
  }
  

• system/fvSolution に T のソルバーの設定と緩和係数の設定を追加。

  solvers
  {
     ...
      T
      {
          solver          PBiCGStab;
          preconditioner  DILU;
          tolerance       1e-06;
          relTol          0.05;
      } 
  }
  

  relaxationFactors
  {
      equations
      {
          T    0.5;
          ".*" 1;
      }
  }
  

• setFields で water の部分に高温を指定すると結果がわかりやすい。system/setFieldsDict に以下のように設定すればよい。

defaultFieldValues
(
    volScalarFieldValue alpha.water 0
    volScalarFieldValue T 300
);

regions
(
    boxToCell
    {
        box (0 0 -1) (0.1461 0.292 1);
        fieldValues
        (
            volScalarFieldValue alpha.water 1
            volScalarFieldValue T 500
        );
    }
);