三叉のある垂直流路での水の相変化（非定常）

OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/lagrangian/reactingParcelFoam/verticalChannel

概要

流入側は三叉路、流出側は1つの出口になっている流路内の流れを0.5秒分だけ計算します。3つの流入口うち、両側からは473 K、中央からは573 K の空気が流入します。ただし流入する空気には1 % の水（液体）が含まれているものとします。モデルの Z 軸方向は対称面であるとし、それ以外の壁面はすべり無し壁とします。また Y 軸負方向を重力方向とします。

モデル（全体） モデル（全体）
モデル（流入口側拡大） モデル（流入口側拡大）

ディレクトリ constant 内のファイル reactingCloud1Properties で「phaseChangeModel liquidEvaporation」を設定して、水が蒸発するようにしています。

またディレクトリ system 内のファイル controlDict で以下のように設定して、出口領域 outlet での水量、温度の加重平均を出力しています。

functions
{
    surfaceRegion1
    {
        type            surfaceRegion;
        libs            ("libfieldFunctionObjects.so");
        writeControl    writeTime;
        log             yes;
        writeFields     no;
        regionType      patch;
        name            outlet;
        operation       weightedAverage;
        weightField     phi;
        fields
        (
            H2O
            T
        );
    }
}

メッシュは以下の通りです。メッシュ数は93400です。

流入口側のメッシュ 流入口側のメッシュ
流出口側のメッシュ 流出口側のメッシュ

計算結果は以下の通りです。結果はいずれも最終時刻でのものです。

流路を進むにつれて温度の高い中央の流路では水が蒸発して熱を奪い、（体積の）割合が増えていることがわかります。

流入口側の温度分布（T） 流入口側の温度分布（T）
三叉路の終了部の温度分布（T） 三叉路の終了部の温度分布（T）
流出口側の温度分布（T） 流出口側の温度分布（T）
流入口側の水の分布（H2O） 流入口側の水の分布（H2O）
三叉路の終了部の水の分布（H2O） 三叉路の終了部の水の分布（H2O）
流出口側の水の分布（H2O） 流出口側の水の分布（H2O）
流入口側の空気の分布（air） 流入口側の空気の分布（air）
三叉路の終了部の空気の分布（air） 三叉路の終了部の空気の分布（air）
流出口側の空気の分布（air） 流出口側の空気の分布（air）

出口領域での水量、温度の加重平均は以下のようになります。

各計算時刻での水量加重平均の変化（H2O） 各計算時刻での水量の加重平均の変化（H2O）
各計算時刻での温度加重平均の変化（T） 各計算時刻での温度の加重平均の変化（T）

実行コマンド

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

blockMesh
cp -r 0.orig 0

# potentialFoam の解を使用して初期化
potentialFoam
rm -f 0/phi

reactingParcelFoam

paraFoam

gnuplot
gnuplot>plot "postProcessing/surfaceRegion1/0/surfaceRegion.dat" using 1:2 lc rgb "black"
gnuplot>plot "postProcessing/surfaceRegion1/0/surfaceRegion.dat" using 1:3 lc rgb "black"

計算時間

  • potentialFoam：3.44秒
  • reactingParcelFoam：40分54.02秒

※いずれもシングル、Inter(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz 3.40GHz