Fumiya Nozaki

2014/04/27，1st ed.

OpenFOAM v2.3.0

回転領域を含む計算

Keywords： • OpenFOAM • SRF • MRF

2

回転体周りの流れ場の計算｜分類

計算領域全体が回転領域

計算領域に回転領域と静止領域の両方が存在

http://www.pumped101.com/pumpintro.pdf

例）インペラ単独の解析

例）インペラとボリュートとを併せた解析

インペラ(回転領域)

ボリュート(静止領域)

1

2

3

計算領域全体が回転領域の計算

回転領域と一緒に回転する座標系で計算することにより，定常計算として取り扱うことが可能です．

Single rotating frame (SRF)

SRFSimpleFoam

4

SRFSimpleFoam | 概要

SRFSimpleFoamの支配方程式 (定常，非圧縮)

𝒖𝑅 ∙ 𝛻 𝒖𝑅 + 2𝜴 × 𝒖𝑅 + 𝜴× 𝜴 × 𝒓 = −𝛻𝑝 + 𝛻 ∙ 𝜈𝑒𝑓𝑓 𝛻𝒖𝑅 + 𝛻𝒖𝑅

𝑇

𝛻 ∙ 𝒖𝑅 = 0

𝒖 = 𝒖𝑅 + 𝜴 × 𝒓

𝜴 ：角速度

回転軸

𝒓

慣性座標系での流速

回転座標系での流速

コリオリ力 遠心力

5

SRFSimpleFoam | 設定

constant ディレクトリの『SRFProperties』ファイルで回転速度に関する設定を行います．

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*¥ | ========= | | | ¥¥ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox | | ¥¥ / O peration | Version: 2.3.0 | | ¥¥ / A nd | Web: www.OpenFOAM.org | | ¥¥/ M anipulation | | ¥*---------------------------------------------------------------------------*/ FoamFile { version 2.0; format ascii; class dictionary; location "constant"; object SRFProperties; } // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // SRFModel rpm; axis ( 0 0 1 ); rpmCoeffs { rpm 5000; } // ************************************************************************* //

回転速度を，１分当たりの回転の回数 (RPM)で指定

回転軸ベクトル

5000 rpm ⇒ 5000 ∗ 2π 60 = 523.6 [rad/s]

6

SRFSimpleFoam | 実装

𝒖𝑅 ∙ 𝛻 𝒖𝑅 + 2𝜴 × 𝒖𝑅 + 𝜴× 𝜴 × 𝒓 = −𝛻𝑝 + 𝛻 ∙ 𝜈𝑒𝑓𝑓 𝛻𝒖𝑅 + 𝛻𝒖𝑅

𝑇

𝛻 ∙ 𝒖𝑅 = 0

// Relative momentum predictor

tmp<fvVectorMatrix> UrelEqn (

fvm::div(phi, Urel)

+ turbulence->divDevReff(Urel)

+ SRF->Su() ==

fvOptions(Urel) );

UrelEqn.H

Foam::tmp<Foam::DimensionedField<Foam::vector, Foam::volMesh> >

Foam::SRF::SRFModel::Su() const {

return Fcoriolis() + Fcentrifugal(); }

SRFModel.H

2.0*omega_ ^ Urel_ omega_ ^ (omega_ ^ mesh_.C())

126行 147行

慣性座標系での流速 (Uabs) の計算

Urel + SRF->U()

SRFSimpleFoam.C

omega_ ^ (mesh_.C() - axis_*(axis_ & mesh_.C()))

7

計算領域に回転領域と静止領域の両方が存在する計算

To be continued.