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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(一様流れ)

更新:2018/1/3
OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/discreteMethods/dsmcFoam/freeSpaceStream

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、それぞれの面には境界条件として流速 (1325, -352, 823) m/s が設定されています。

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。

最終時刻での平均流速 最終時刻での平均流速
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/freeSpaceStream
cd freeSpaceStream

blockMesh
dsmcInitialise
dsmcFoam

paraFoam

計算時間

31分40秒 ※シングル、Inter(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz 3.40GHz

参照