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直接シミュレーション・モンテカルロ法による酸素・窒素の混合気体の計算(周期境界)

更新:2018/1/3
OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/discreteMethods/dsmcFoam/freeSpacePeriodic

概要

直接シミュレーション・モンテカルロ(Direct Simulation Monte Carlo, DSMC)法を使って、酸素と窒素の混合気体の流れを計算します。DSMC 法は1960年代に G. A. Bird によって提案された手法で、ボルツマン方程式を使って希薄気体の流れを計算するものです。

気体の物性などの設定はディレクトリ constant のファイル dsmcProperties で、初期状態はディレクトリ system のファイル dsmcInitialiseDict で定義されています。

モデルの X、Y、Z 軸方向のサイズはそれぞれ10 cm、8 cm、8 cm で、それぞれ周期境界条件になっています。

モデル形状 モデル形状

ディレクトリ 0 にある各変数の意味は以下の通りです。モデルの X、Y、Z 軸方向はそれぞれ周期境界条件になっています。

  • boundaryT - 境界温度
  • boundaryU - 境界速度
  • dsmcRhoN - DSMC粒子の密度
  • fD - 力密度(force Density、応力ベクトル)
  • q - 壁面熱流束
  • iDof - 内部自由度の密度
  • internalE - 内部エネルギー密度
  • linearKE - 1次運動エネルギー密度
  • momentum - 運動量密度
  • rhoM - 質量密度
  • rhoN - 数密度
  • dsmcSigmaTcRMax - 各セルでの「sigmaT × cR」の最大値(Bird p220 を参照)

計算結果は以下の通りです。

最終時刻での質量密度 最終時刻での質量密度
最終時刻での DSMC 粒子の分布 最終時刻での DSMC 粒子の分布

可視化操作の手順

DSMC 粒子を可視化するには paraFoam コマンドで ParaView にデータを読み込み後、パイプラインブラウザーの Properties タブで以下の様に設定して再度 Apply ボタンを押します。

  • Mesh Parts リストでは「dsmc」のみチェック
  • Volume Fields リストは全てのアイテムのチェックを外す
  • Lagrangian Fields リストは全てのアイテムをチェック
表示アイテムの選択 表示アイテムの選択

実行コマンド

cp -r $FOAM_TUTORIALS/discreteMethods/dsmcFoam/freeSpacePeriodic
cd freeSpacePeriodic

blockMesh
dsmcInitialise
dsmcFoam

paraFoam

計算時間

60.2秒 ※シングル、Inter(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz 3.40GHz

参照