SVE3（空気齢）、SVE6（空気余命）の計算に関するご質問

[akr.s]

皆様初めまして。

現在、研究にてHVACのSVE3とSVE6の計算をOpenFOAMにて試みています。

まず、SVE3については、こちらなどを参考にsimpleFoamをカスタマイズしています。

上記リンク先10ページのfvScalarMatrix CEqnの中身についてお伺いしたいのですが、

使用している方程式（5ページ）と比較すると、

左辺にfvm::ddt(C)を加算する必要があるように思えるのですが、

この項は不要なのでしょうか。

次に、SVE6についてなのですが、

こちらは色々と調べているものの、

実装例が見つからず手がかりが掴めていない状況です。

手がかりだけでも構いませんので実装方法を教えていただけますと幸いです。

勉強を始めて日が浅く、的外れなことを申しているかもしれませんが、

どなたかご教示のほどよろしくお願い致します。

[penguinitis]

詳しい中身はわかりませんが、simpleFoam は定常想定なので、

CEqn でも時間微分項を省いたのではないでしょうか。

2020年9月13日日曜日 14:45:47 UTC+9 akr.s:

[Masashi Imano]

今野です．

> 次に、SVE6についてなのですが、

> こちらは色々と調べているものの、

> 実装例が見つからず手がかりが掴めていない状況です。

> 手がかりだけでも構いませんので実装方法を教えていただけますと幸いです。

SVE6の具体的な算出方法を示している論文や資料は手元にありますでしょうか?

なお，age of air を求める関数はFoundation系に入っていると思います．

2020年9月15日火曜日 8:06:32 UTC+9 penguinitis:

[Akari Shimono]

penguinitis様、今野様

ご返信遅くなり、申し訳ありません。

SVE3について情報をいただき、ありがとうございます。

foundation系を探してみます。

SVE6については以下を参考にしています。

・不完全混合室内における換気効率・温熱環境形成効率評価指標に関する研究 : 第1報-CFDに基づく局所領域の換気効率評価指標の開発

・室内空気汚染の時間的空間的変動特性とその検出

よろしくお願い致します。

2020年9月15日(火) 10:04 Masashi Imano <masash...@gmail.com>:

--
このメールは Google グループのグループ「OpenFOAM」に登録しているユーザーに送られています。
このグループから退会し、グループからのメールの配信を停止するには openfoam+u...@googlegroups.com にメールを送信してください。
このディスカッションをウェブ上で閲覧するには https://groups.google.com/d/msgid/openfoam/0da9dd1e-31cb-4514-81e2-541be5d87418n%40googlegroups.com にアクセスしてください。

[kominami]

akr.sさんの目的がソルバー改造でしたら、関係ないコメントですので無視してください。

akr.sさんが使用されているOpenFOAMのバージョンが判りませんが、一様に発生するソース項はfvOptionで設定できます。

この機能を使えば、SVE3を計算することができます。

SVE3については、先に計算しておいた速度場を次のスカラー用の計算の初期状態としてスカラーの拡散方程式を解くという非スマートな方法もあります。ソルバーはscalarTransportFoamです。OpenFOAMのチュートリアルにpitzDailyの事例があります。

SVE6については、SVE3の非スマートなほうの方法を使って、先に計算した結果の速度場のデータ（ベクトルの方向）を逆転させて次の計算の初期値として、スカラーの拡散方程式を解けば良いと思います。

2020年9月16日水曜日 15:52:12 UTC+9 akr.s:

[初心者]

OpenFOAM初心者の者です。

akr.s様のSVE3（空気齢）、SVE6（空気余齢）について関心があり簡単な箱モデルで計算してみました。

SVE3については、akr.s様の参考文献のとおりソルバーを改造する方法で計算しました。
箱モデルは左上部から1m/sで下向きに噴出し、右下部から排気するモデルとしています。

SVE3-tauが空気齢、SVE3-Velが流速です。
給気口近くが新鮮外気が早く届きSVE3は妥当そうに感じます。

次に、SVE6を計算しようと思いました。
こちらはkominami様の助言のとおり実施してみました。
ここで分からない点があり投稿させて頂きました。

先に計算した結果の速度場のデータ（ベクトルの方向）を逆転させて次の計算の初期値として、
scalarTransportFoamでスカラーの拡散方程式を解いてみました。

SVE6-Tが空気余齢、SVE6-Vel1,2が流速です。
右下排気口側に近い方が空気余齢が小さな値を示し、SVE5のような勢力範囲となっているように感じます。
速度ベクトルを見ますと、論文で示されたように、kominami様の助言のとおり速度ベクトルが反転されていました。

以下の部分が分からなく不明なところでした。
計算結果は以下のとおり実施しています。

①0/Tファイル

internalField   uniform 1;

boundaryField
{
    inlet
    {
        type            fixedValue;
        value           uniform 0;

新鮮外気uniform 0は、排気側のoutletに設定しなくて正しかったでしょうか。

②0/Uファイル

boundaryField
{
    inlet
    {
        type            fixedValue;
        value           uniform (0 -1 0);

速度ベクトルは全て符号を反転させましたが、inletの噴出し方向も次のように
逆転させなくて良いのでしょうか。

        value           uniform (0 1 0);

または、outletの方に設定するのでしょうか。

以上です。

時間を逆転させて解析する、移流項の符号を変えたりするという手法が理解できず、
scalarTransportFoamで簡単な居室モデルで、kominami様の助言の方法で実施してみました。

ご指導ご助言を頂けますと有難く存じます。

2020年9月19日土曜日 20:14:35 UTC+9 kominami:

[kominami]

添付のZip書庫フィルは、ソルバーを改造しないでscalartransportFoamでSVE3を計算する事例です。標準のチュートリアルを修正して、fvOptionsという機能でソース項追加して領域全体でスカラーが発生するようにしています。

scalartransportFoam では、イタレーションによって速度場Uは更新されず、パッシブスカラーTの発散を計算します。 

constant/taransportPropetiesのDT（熱拡散率）をゼロにしたので、移流の効果のみを計算しています。 

自分の以前の書込

＞SVE6については、SVE3の非スマートなほうの方法を使って、先に計算した結果の速度場のデータ（ベクトルの方向）を逆転させて次の計算の初期値として、スカラーの拡散方程式を解けば良いと思います。

に関する質問について、

0/Uファイル  

inlet 境界の速度ベクトルの向きも反転してください。

0/Tファイル 

inlet とoutlet を逆にしてください。流入する領域の値が0なのは、SVE3/SVE6を計算するからです。

もともとの設定

     inlet     {  type     fixedValue;    value     uniform 0;  }

     outlet   {  type     zeroGradient;  }

SVE6のとき

     outlet   {  type     fixedValue;    value     uniform 0;  }

     inlet   　{  type     zeroGradient;  }

これで、チート技的にSVE6が計算できます。

＞時間を逆転させて解析する、移流項の符号を変えたりするという手法が理解できず、

＞scalarTransportFoamで簡単な居室モデルで、kominami様の助言の方法で実施してみました。

もとの論文では、NS方程式の非定常項の計算（定常計算においてはイタレーション計算）の際に時間進行を解いていく過程でいっしょにスカラー拡散を解いていき、最終的な定常状態を求めるように説明されていると思います。SVE1～SVE6は定常状態のことだしスカラー(汚染物)は拡散係数ゼロのパッシブスカラーですから、先に速度場を計算したのちに拡散場を計算しても同等だと考えられます。

2020年9月20日日曜日 16:39:10 UTC+9 初心者:

[初心者]

kominami　様

ご助言有難うございました。

早速実施した結果を別添に添付致します。

前回の間違った設定が改善されており妥当そうな結果を得ました。

大変勉強になりました。有難うございました。

最後に一つだけ伺いたい点があります。

論文ではSVE3,6は室内全域で名目換気時間であり、ともに１であり、

その和の滞在時間は全域で2になると記載されています。

今回、SVE3,6ともに1以下であり、その和は1以下となったのですが、

プラグフローに近いという判断になるのでしょうか。

fvOptionsという機能は知りませんでした。

勉強してみたいと思います。

2020年9月21日月曜日 15:34:06 UTC+9 kominami:

[kominami]

＞論文ではSVE3,6は室内全域で名目換気時間であり、ともに１であり、

＞その和の滞在時間は全域で2になると記載されています。

どの論文の、どのあたりか教えてください。

＞プラグフローに近いという判断になるのでしょうか。

ここで、プラグフローという用語が出てくるとは。

化学工学の１次元反応器で、RTD(Retention Time Distoribution)というのがあります。流入部からパッシブスカラーをステップ入力して出口側での時間的応答を求めることによって一次元反応器内の流れを把握するもので、出口での応答がステップ応答に近いほどプラグフローに近いと判断します。

今回の形状は、入口と出口の流路断面積が箱の容積に対して小さいのでプラグフローにはならないと思います。

もともと一次元反応器のRTDの概念を３次元反応器に拡張しSVE3と関連付けることによって装置改良に繋げた研究を、某商用ソフトベンダーA社のユーザー会で発表したことがあります。もしかしたら資料が未だ公開されているかもしれません。

2020年9月21日月曜日 17:25:26 UTC+9 初心者:

[初心者]

kominami　様

＞＞論文ではSVE3,6は室内全域で名目換気時間であり、ともに１であり、

＞＞その和の滞在時間は全域で2になると記載されています。

＞どの論文の、どのあたりか教えてください。

先に示された次の論文に記載されていました。

・不完全混合室内における換気効率・温熱環境形成効率評価指標に関する研究  第1報-CFDに基づく局所領域の換気効率評価指標の開発

２．空気余命に関する換気効率指標
（３）無次元時間

また、プラグフローに関しては次の部分です。

　4.4　空気の滞在時間

パッシブスカラーのTを示しているため、内部を全領域1として、inletから新鮮空気0を流入されているので、

この数値の意味は1に対する割合であり、この数値に換気回数の逆数を乗じたものが、時間の単位を持つ、

空気齢SVE3、空気余命SVE6になるのではと考えました。間違っているかもしれません。

2020年9月22日火曜日 13:10:26 UTC+9 kominami:

[kominami]

> 先に示された次の論文に記載されていました。

> 

> ・不完全混合室内における換気効率・温熱環境形成効率評価指標に関する研究  第1報-CFDに基づく局所領域の換気効率評価指標の開発

> 

> ２．空気余命に関する換気効率指標

> （３）無次元時間

SVE 3，SVE 6 はともに瞬時一様拡散濃度で基準化されている瞬時一様拡散性状の室内の 空気齢は，室内全域で名目換気時問（換気回数の逆数）である すなわちSVE3，SVE6の値 は ，この名目換気時間で無次元化されていると解釈される．瞬時一様拡散の状態にある 室内では空気齢，空気余命ともに室内全域で1であり，その和である滞在時間は全域で2 となる，なお，室内気流が完全なプラグフローの特性を有する場合，滞在時間は全域で1 となる．

↑　ちゃんと書いていあります。

今回に計算された結果の『SVE3+SVE6』はについて、カラーバーがが自動スケールだとすると　最小が約0.2で最大が約0.7となっていて、全域で一定の値をとっていません。したがってプラグフローではありません。値が１にならない理由は判りません。

> また、プラグフローに関しては次の部分です。

> 

> 　4.4　空気の滞在時間

Type2においては，滞在時間はほぼ全域で 2.0を下回り，プラグフローと完全混合の中間的性質であることがわかる．

↑　この論文では完全混合状態での滞在時間が2.0としているようです。

プラグフローの数学的な定義としては、この資料が判りやすいと思います。

反応装置の反応効率と滞留時間分布

５．滞留時間分布

http://www.eng.ocha.ac.jp/enveng/pdf/v6n2.pdf

以上　よろしくお願いいたします。

2020年9月22日火曜日 13:38:13 UTC+9 初心者:

[初心者]

kominami　様

資料有難うございました。
洗濯機の流水すすぎの事例は大変分かり易かったです。

簡易な単室モデルで給排気口が1か所のみの事例でしたが理解が進みました。
今後は論文のような複数給排気口での解析に取り組んでみたいと思います。

ご助言有難うございました。

2020年9月23日水曜日 23:27:51 UTC+9 kominami: