Re: [OpenFOAM] buoyantPimpleFoamを用いた球周り流れの抗力係数算出

[k k]

こんにちは。

モデルを見ていない（ファイルが添付されていない？）ので詳細は分かりませんが、添付されている画像は抗力でしょうか。

抗力が大きすぎるかどうかは、球の直径と流速条件から算出した抗力係数を見ない大きいかどうかは判断できないと思います（OpenFOAMのfunctionで出力できます。代表長さと代表流速の設定に注意）。

Re = 650くらいだと乱流域に入ってきて、抗力係数は0.4~0.5くらいになるかと思いますが、それと比較はされていますでしょうか。

経験的に定常・非定常、乱流モデル、メッシュ境界層などは抗力係数にきいてきます。

この中でメッシュは結構細かくしないと文献通りにならないことは確認したことがあります。

参考になるか分かりませんが、ご確認ください。

2025年11月5日(水) 17:34 yuki yuki <yuki12...@gmail.com>:

お世話になっております．
現在大学院でopenfoamを用い，研究を行っております．
buoyantPimplefoamを用い，255Kに固定した球周りを289Kの水が流れるような問題を実装しております．
抗力係数によるベンチマークを行いましたが，抗力がかなり大きく出ている現状です．

以下に実装したファイル丸々と，functionobjectsのforecsで出力した抗力出力結果の画像を添付します．レイノルズ数は約650で，層流モデルを使用しています．

他に必要な情報が在れば，添付しますので，どなたかお助け下さい．

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[yuki yuki]

kk様

返信ありがとうございます．
上記画像は抗力であり，抗力係数（forcecoeffs）で算出した際にかなり大きい値が出ましたので，
抗力を見てみたところ，案の定抗力が原因だとわかりました．
（代表長さ，代表流速等が原因とは考えずらい．．．）

現在はlaminarモデルで計算しています．
メッシュ境界層，メッシュ解像度を検討したいと考えておりますが，何か参考になる文献やサイトはありませんか．

よろしくお願いします．

2025年11月6日木曜日 13:34:24 UTC+9 k k:

[k k]

こんにちは．

もう少し情報を載せてもらう方が回答しやすいかと思います．

原因を特定するにあたり，球直径や流速，物性値などは書いてもらう方が良いです．

抗力がかなり大きいということで，条件次第なの絵値だけ見てもどれくらい大きいのか具体的にわからないため（2倍程度なのか10倍なのか，100倍違うのかなど）です．

少なくとも抗力係数の値は言ってもらえれば，どれくらいずれてるのかわかります．

あとは計算条件のポンチ絵は載せると良いです．

計算領域が狭い可能性もあります．

境界層サイズ，解析領域の広さに関する検討をした記事を載せておきます．

こちらは熱流体ではないではなくsimpleFoamの結果ですが，参考になるかと思います

https://takun-physics.net/16043/

2025年11月8日(土) 14:35 yuki yuki <yuki12...@gmail.com>:

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[yuki yuki]

kkさん
メッシュ全体図，メッシュ境界付近の画像
圧縮したファイルを添付します．
なおメッシュ情報は容量が大きいため，圧縮ファイルからは省いています．
また，抗力係数は具体的に10^5オーダーとかなり大きいです．

2025年11月9日日曜日 1:05:37 UTC+9 k k:

[k k]

こんにちは。

mm単位のつもりでモデルを作っていると思いますが、OpenFOAMはm単位で計算するので、以下のように修正すると大外れはしないと思います。

(1)blockMeshの設定

// ConvertToMeters   0.001;

scale   0.001;

ConvertToMetersはFoudation版の書きかたです。

ESI版だとscaleと書きます。

ですので、このスケール変換がきいていなかったことになります。

(2)stlファイルも直径34mくらいの径になっているので、stlファイルを1/1000倍にして34mm (0.034 m)にすると良いです。

もちろん34mで計算してもいいですが、そうすると上記のscale 1;にする必要があります（直径34mは現実的ではないのでmmにした方がいい）

(3)それに応じてsnappyHexMeshも色々と変えないといけません。

例えばこちら。

    locationInMesh (50 50 50);

これも50m,50m,50mになっていますので、

(0.005, 0.05, 0.05)にする必要があります。

(4)投影面積も修正する必要があります。

球体の抗力係数を求める代表面積はA=πR^2なので、R = 34/2 =17 [m] なのかR = 34/2 = 17[mm] = 0.017 [m]なのかで値が変わります。

forces

{

    libs     ("libforces.so");      //ライブラリの設定

    type            forceCoeffs;    //function objectsの設定

    writeControl    runTime;

    writeInterval   1;

    log             true;

    patches         ("iceball");

    pName           p;

    UName           U;

    rho             rhoInf;      

    log             true;

    rhoInf          999;           //密度　kg/m^3

    liftDir         (0 1 0);        //揚力方向（Cl）

    dragDir         (1 0 0);        //抗力方向（Cd）

    CofR            (0 0 0);        //回転中心（Cm）

    pitchAxis       (0 0 1);        //ピッチ軸（Cm）

    magUInf         0.02;           //代表速度

    lRef            0.036;           //参照長さ（Cm）

    Aref            0.00101736;         //投影面積

};

よろしくお願いいたします。

2025年11月10日(月) 14:26 yuki yuki <yuki12...@gmail.com>:

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[yuki yuki]

kkさん
返信ありがとうございます．
blockMeshの
converttometers→Converttometersと，大文字になっていて，単位変換がされていない状態でした．

対応していただきありがとうございます．

2025年11月10日月曜日 21:26:12 UTC+9 k k:

[yuki yuki]

単位を変換し，計算を行いましたが，抗力係数が8%ほど上振れてしまいます．
また計算も下記動画の様に発散してしまいました．
原因はなんだと思われますか？
やはり，境界層周りのメッシュを細かく，また球座標系で行うべきなのでしょうか？
よろしくお願いします．

2025年11月10日月曜日 21:26:12 UTC+9 k k:

こんにちは。

[H‐Tsubota＠xsim.info]

計算が流れるが誤差が大きい、途中で発散する場合、

定石は、メッシュを細かくした場合に誤差が小さくなる傾向があるかどうかを確認することだと思います。

2025年11月14日金曜日 16:52:52 UTC+9 yuki yuki: