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メタン、空気の混合燃焼(2次元、局所時間刻み、反応粒子機能あり)

更新:2018/9/25
OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/lagrangian/reactingParcelFoam/counterFlowFlame2DLTS

概要

正方形の2次元モデル形状を考え、領域 fuel からメタンを、 領域 air から空気(窒素 77 %、酸素 23 %)をそれぞれ流速 0.1 m/s、温度 800 K で流入させて解析領域内で燃焼させます。燃焼後の気体は領域 outlet から解析領域外へ排出されます。

モデル形状 モデル形状

reactingFoam のチュートリアル「メタン、空気の混合燃焼(2次元、局所時間刻み)」と同じ解析ですが、reactingFoam とは異なり、constant ディレクトリに反応粒子設定用のファイル reactingCloud1Properties があります。ただしこのチュートリアルではこの機能は使用していません。

計算手法として局所時間刻み(LTS、ローカルタイムステッピング)を使用して定常状態を計算します。局所時間刻みは、メッシュサイズに合わせて各メッシュごとに時間刻みを変化させることで高速に定常状態を計算する手法です。局所時間刻み機能はディレクトリ system 内のファイル fvSchemes で以下のように ddtSchemes として「localEuler」を設定することで有効になります。

ddtSchemes
{
    default         localEuler;
}		

また同じディレクトリ内のファイル fvSolution で以下のように時間刻み最大幅(maxDeltaT)、クーラン数(maxCo)などのパラメーターを設定しています。

PIMPLE
{
    momentumPredictor no;
    nOuterCorrectors  1;
    nCorrectors     1;
    nNonOrthogonalCorrectors 0;

    maxDeltaT       1e-2;
    maxCo           1;
    alphaTemp       0.05;
    rDeltaTSmoothingCoeff 1;
    rDeltaTDampingCoeff 1;
}

化学種とメタン・酸素による燃焼反応はディレクトリ constant 内のファイル reactions で以下のように定義されています。また各化学種の性質は同じディレクトリのファイル thermo.compressibleGas で定義されています。

species
(
    O2
    H2O
    CH4
    CO2
    N2
);

reactions
{
    methaneReaction
    {
        type     irreversibleArrheniusReaction;
        reaction "CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O";
        A        5.2e16;
        beta     0;
        Ta       14906;
    }
}

これら2つのファイル reactions、thermo.compressibleGas をディレクトリ constant 内のファイル thermophysicalProperties 内で読み込むことで設定が行われます。

メッシュは以下の通りです。メッシュ数は4000です。

メッシュ メッシュ

計算結果は以下の通りです。

最終結果での温度分布 最終結果での温度分布
最終結果での流速分布 最終結果での流速分布

実行コマンド

cp -r $FOAM_TUTORIALS/lagrangian/reactingParcelFoam/counterFlowFlame2DLTS
cd counterFlowFlame2DLTS

blockMesh
reactingParcelFoam

paraFoam

計算時間

3分31.41秒 ※シングル、Inter(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz 3.40GHz

参照