熱物理モデル

2012年3月17日

はじめに

熱物理モデルについて。

バージョン

OpenFOAM 2.1.0

熱物理モデル

熱物理モデルは熱物性を扱う。たとえば OpenFOAM には thermoModel として以下のようなものがある。

  • hPsiThermo
  • hsPsiThermo
  • ePsiThermo
  • hRhoThermo
  • hsRhoThermo

名前から判断して、h, hs, e の 3 種類と psi, rho の 3 種類の組み合わせであることがわかる。

psi と rho の違い

psi とは compressibility (圧縮性?) のことらしい。psi モデルは、密度 rho を p*psi で計算する (basicPsiThermo)。一方の rho モデルは密度 rho を変数として持つ (basicRhoThermo)。

完全気体 perfectGas の場合、psi は 1/RT で計算され、psi モデルの rho は p*psi で、rho モデルの rho は p/RT で計算されるため、両者は同じになる。若干の違いは、psi モデルの rho() の返り値はその場で計算されるのに対し、rho モデルの rho() は hRhoThermo などの correct() で計算された値が返されることである。

h, hs, e の違い

h はエンタルピー, hs は顕エンタルピー (sensible enthalpy), e は内部エネルギーである。エンタルピーは h = e + pV であり、エンタルピーを使うか内部エネルギーを使うかは、体積変化のありなしの違いである。これは、入力では比熱に定圧比熱 Cp を指定するか定容比熱 Cv を指定するかの違いとして現れる。気体はふつうエンタルピーを使うと思えばよい。

h と hs の違いだが、これは相変化分の熱を含むか含まないかの違いである (hConstThermo などを参照)。どちらを使うかは、ソルバーでどちらの方程式が解かれているかによる。