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ヘプタンの噴霧と燃焼

更新:2018/3/9
OpenFOAM 4.x

ケース

$FOAM_TUTORIALS/lagrangian/sprayFoam/aachenBomb

概要

温度800 K の空気中に液体のヘプタン(C7H16)を噴霧し、自然発火、燃焼させた場合の様子を解析します。

モデル形状 モデル形状

噴霧は位置 (0, 0.0995, 0) から Y 軸負方向に向かって0.00125秒間だけ行われます。重力方向は Y 軸負方向です。噴霧の全質量、位置、方向、持続時間、各時間での速度などはディレクトリ constant 内のファイル sprayCloudProperties で「injectionModels」として以下の様に定義されています。

subModels
{
    particleForces
    {
        sphereDrag;
    }

    injectionModels
    {
        model1
        {
            type            coneNozzleInjection;
            SOI             0;
            massTotal       6.0e-6;
            parcelBasisType mass;
            injectionMethod disc;
            flowType        flowRateAndDischarge;
            outerDiameter   1.9e-4;
            innerDiameter   0;
            duration        1.25e-3;
            position        (0 0.0995 0);
            direction       (0 -1 0);
            parcelsPerSecond 20000000;
            flowRateProfile table
            (
                (0              0.1272)
                (4.16667e-05    6.1634)
                (8.33333e-05    9.4778)
                (0.000125       9.5806)
                (0.000166667    9.4184)
                (0.000208333    9.0926)
                (0.00025        8.7011)
                (0.000291667    8.2239)
                (0.000333333    8.0401)
                (0.000375       8.8450)
                (0.000416667    8.9174)
                (0.000458333    8.8688)
……

燃焼の反応式は「C7H16 + 11O2 → 7CO2 + 8H2O」です。反応式はディレクトリ chemkin 内に CHEMKIN 形式の入力ファイルで定義されており、それらファイルをディレクトリ constant 内のファイル thermophysicalProperties から読み込むことで使用しています。

メッシュは以下の通りです。メッシュ数は168100です。

メッシュ メッシュ

計算結果は以下の通りです。

まず解析領域の中心断面での温度の分布です。吹き出し後に噴霧部付近から着火し、噴霧されたヘプタンに燃え広がる様子がわかります。

0.00075秒での温度分布(T) 0.00075秒での温度分布(T)
0.00125秒での温度分布(T) 0.00125秒での温度分布(T)
0.0025秒での温度分布(T) 0.0025秒での温度分布(T)
0.005秒での温度分布(T) 0.005秒での温度分布(T)
0.01秒での温度分布(T) 0.01秒での温度分布(T)

次に解析領域の中心断面での流れ速さの分布です。噴霧時間は0.00125秒間なのでそれ以降はほとんど流れが無くなります。

0.00075秒での流れ速さの分布(U) 0.00075秒での流れ速さの分布(U)
0.00125秒での流れ速さの分布(U) 0.00125秒での流れ速さの分布(U)
0.0025秒での流れ速さの分布(U) 0.0025秒での流れ速さの分布(U)
0.005秒での流れ速さの分布(U) 0.005秒での流れ速さの分布(U)
0.01秒での流れ速さの分布(U) 0.01秒での流れ速さの分布(U)

実行コマンド

cp -r $FOAM_TUTORIALS/lagrangian/sprayFoam/aachenBomb
cd aachenBomb

blockMesh
sprayFoam

paraFoam

計算時間

10時間34分44.4秒 ※シングル、Inter(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz 3.40GHz