乱流モデルの設定2020年12月29日 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
はじめに乱流モデルの設定について。 使用バージョンOpenFOAM v2006、v8 乱流モデルの設定乱流モデルの設定は constant/turbulenceProperties で行う。
FoamFile
{
version 2.0;
format ascii;
class dictionary;
location "constant";
object turbulenceProperties;
}
simulationType RAS;
RAS
{
RASModel kEpsilon;
turbulence on;
printCoeffs on;
}
simulationType で以下の設定を行う。 ※turbulence off は、層流とは異なるので注意。乱流モデルの方程式を解かなくなるだけで、乱流粘性は効き続ける。 レイノルズ平均による乱流モデルは一般的に RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) モデルと呼ばれるが、OpenFOAM では RAS (Reynolds-Averaged Simulation) モデルと呼ぶ。 RAS モデルを選択した場合は、辞書の RAS で設定を行う。RASModel で乱流モデルの種類を設定する。以下に代表的なものを挙げる。
非圧縮性流体ソルバーと圧縮性流体ソルバーでは選択できるモデルが異なる。上で挙げたものはどちらでも選択可能なものである。非圧縮性流体ソルバーでは、Lam-Bremhorst 低レイノルズモデル (LamBremhorstKE) や 3 次非線形 k-εモデル (LienCubicKE) なども利用できる。圧縮性流体ソルバーでは浮力を考慮した k-εモデル (buoyantKEpsilon) などが使える。 それぞれ必要とするフィールドファイルや境界条件が異なり、それに合わせてスキームやソルバーの設定をする必要がある。k-εモデルは k と epsilon、k-ωモデルは k と omega、レイノルズ応力輸送モデルは k と epsilon と R (レイノルズ応力) を必要とする。 LES モデルを選択した場合は、辞書の LES で設定を行う。
FoamFile
{
version 2.0;
format ascii;
class dictionary;
location "constant";
object turbulenceProperties;
}
simulationType LES;
LES
{
LESModel WALE;
turbulence on;
printCoeffs on;
delta cubeRootVol;
cubeRootVolCoeffs
{
deltaCoeff 1;
}
vanDriestCoeffs
{
delta cubeRootVol;
cubeRootVolCoeffs
{
deltaCoeff 1;
}
}
SmagorinskyCoeffs
{
Ck 0.094;
Ce 1.048;
}
kEqnCoeffs
{
Ck 0.094;
Ce 1.048;
}
dynamicKEqnCoeffs
{
filter simple;
}
}
LESModel で LES モデルの種類を指定する。以下に代表的なものを挙げる。
delta でフィルター幅の種類を指定する。フィルター幅をセル体積の 1/3 乗 とする "cubeRootVol" のほかに、van Driest 型減衰関数を使用する "vanDriest" などを指定できる。 LES モデルは通常は 3 次元非定常計算で用いるが、2 次元問題や定常計算でも選択できるので、注意が必要である。 バージョン 2.4.0 以前定常解析における乱流モデルの設定simpleFoam などの定常解析ソルバーでは、レイノルズ平均に基づく乱流モデルの設定を行うことができる。レイノルズ平均による乱流モデルは一般的に RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) モデルと呼ばれるが、OpenFOAM では RAS (Reynolds-Averaged Simulation) モデルと呼ぶ。RAS モデルの設定は constant/RASProperties で行う。
FoamFile
{
version 2.0;
format ascii;
class dictionary;
location "constant";
object RASProperties;
}
RASModel kEpsilon;
turbulence on;
printCoeffs on;
RASModel で乱流モデルの種類を設定する。以下に代表的なものを挙げる。
非圧縮性流体ソルバーと圧縮性流体ソルバーでは選択できるモデルが異なる。上で挙げたものはどちらでも選択可能なものである。非圧縮性流体ソルバーでは、Lam-Bremhorst 低レイノルズモデル (LamBremhorstKE) や 3 次非線形 k-εモデル (LienCubicKE) なども利用できる。 それぞれ必要とするフィールドファイルや境界条件が異なり、それに合わせてスキームやソルバーの設定をする必要がある。k-εモデルは k と epsilon、k-ωモデルは k と omega、RSTM は k と epsilon と R (レイノルズ応力) を必要とする。 非定常解析における乱流モデルの設定pimpleFoam などの非定常解析ソルバーでは、RAS モデルと LES (Large Eddy Simulation) モデルが利用できる。まず、RAS モデルを使うか LES モデルを使うかを constant/turbulenceProperties で選択する。
FoamFile
{
version 2.0;
format ascii;
class dictionary;
location "constant";
object turbulenceProperties;
}
simulationType LESModel;
simulationType で "laminar" か "RASModel"、"LESModel" を指定する。"RASModel" を指定した場合、RASModel の設定を constant/RASProperties で行う。設定方法は定常解析の場合と同じである。 LES モデルを使用する場合、設定は constant/LESProperties で行う。
FoamFile
{
version 2.0;
format ascii;
class dictionary;
location "constant";
object LESProperties;
}
LESModel Smagorinsky;
delta cubeRootVol;
printCoeffs on;
cubeRootVolCoeffs
{
deltaCoeff 1;
}
vanDriestCoeffs
{
delta cubeRootVol;
cubeRootVolCoeffs
{
deltaCoeff 1;
}
}
SmagorinskyCoeffs
{
ce 1.048;
ck 0.094;
}
homogeneousDynSmagorinskyCoeffs
{
filter simple;
ce 1.048;
}
oneEqEddyCoeffs
{
ce 1.048;
ck 0.094;
}
dynOneEqEddyCoeffs
{
filter simple;
ce 1.048;
}
LESModel で LES モデルの種類を指定する。以下に代表的なものを挙げる。
非圧縮性流体ソルバーと圧縮性流体ソルバーでは選択できるモデルが異なる。上で挙げたものはどちらでも選択可能なものである。非圧縮性流体ソルバーでは、ダイナミック 1 方程式モデル (dynOneEqEddy) なども利用できる。 delta でフィルター幅の種類を指定する。フィルター幅をセル体積の 1/3 乗 とする "cubeRootVol" のほかに、van Driest 型減衰関数を使用する "vanDriest" などを指定できる。 乱流モデルの選択ある問題に対してどの乱流モデルを採用すべきかは、問題によるため一概にはいえない。目安として、各モデルについてつぎのような傾向がある。
自分が解きたい問題と似たような問題に取り組んでいる文献を見つけ、どのような乱流モデルを使っているか参考にするとよい。 乱流計算の手順どの乱流モデルを使うか決められたとして、はじめからそのモデルを使用して計算するとに発散してしまうことがある。その場合は、まず最も安定して計算できる標準 k-εモデルで計算し、その結果をもとに目的のモデルの計算を行うとうまくいくことがある。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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