噴霧流のシミュレーションについて

[Uchida]

はじめて投稿させていただきますUchidaです．OpenFOAM初心者です．

現在大学で，ロケットエンジンについての研究をしており，今年度からインジェクタからの推進剤噴霧の解析をOpenFOAMを用いて行うことになりました．

初期段階として，高温の水をノズルから噴射して，その微粒化の過程を界面追跡法を用いて模擬したいと考えています．

そこで質問の本題なのですが今回の解析には界面追跡法を用いるということもあり，InterFoamを用いることを考えています．

しかし，現在はおもにチュートリアルのnozzleFlow2Dやdambreakなどを試してソース等を読んでいますが，微粒化を模擬するとなるとどこから手を付ければいいのかわからない状況になってしまっています．

どなたかアドバイスをいただけないでしょうか？
よろしくおねがいします．

[ohbuchi]

最近、スウエーデンのLund大学のA.Vallierさんの学位論文で、液体噴流の微細化シミュレーションについて
論じられていました。
http://www.google.co.jp/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&ved=0CDgQFjAC&url=http%3A%2F%2Fwww.energy.lth.se%2Ffileadmin%2Fenergivetenskaper%2FAvhandlingar%2FVallier_PhD.pdf&ei=s28lUsWaPMmOkAWAuoHYAw&usg=AFQjCNFafNMYXYNHTprUg1nW8hGeigArmg&bvm=bv.51495398,d.dGI&cad=rja
LES＋InterFoamで計算していますが、VOFだけだと難しい様です。
Vallierさんは、VOF＋Discrete Bubble Modelのマルチスケール法をin-houseソルバで実現し良い結果を得ています。
Lund大学の流体力学研究室のサイトに行くと液体噴流の界面が微細化するGIFアニメがGallaryページに掲載されています。
ご参考まで。


2013年9月3日火曜日 13時05分38秒 UTC+9 Uchida:

[Uchida]

Ohbuchi様，迅速な対応ありがとうございます．掲載していただいた論文を読み込んでみたいと思います．



度重なる質問投稿で申し訳ありませんが，よくよく考えたときにソルバー選びを最高する必要があるという気がしてきました．

理由はといいますと

・推進剤が高温または極低温である物を噴霧する解析である．
・今後，ロケットエンジンの推進剤混合後のノズル噴射解析を扱うため，圧縮性流れであること

が挙げられます．
これらの要求を満たすためには，等温・非圧縮を解析するInterFoamでは不可能なのでは？と思いました．
そこで他の界面追跡法のソルバーを見てみたところ等温ではなく圧縮性となるのは

・compressibleInterDyFoam
・multiPhaseEulerFoam

位ではないかと思われます．また，等温・圧縮性のソルバーに温度場を入れ込む方法などもあるみたいなのですが，
今回のケースはどのようなソルバーを用いるのが一番良いのか？というところで悩んでいます．

どなたかアドバイス等をお願いしたいです．
よろしくお願いします．

[大渕真志]

界面の微細化の再現が目的ならEuler混相流ソルバは界面形状を追跡できないので不適切だと

思います。

おっしゃるcompressibleInterFoamか、蒸発や凝固を伴うものならinterPhaseChangeFoamか

が少なくとも必要です。

複数成分の流れで反応を伴うなら、カスタムソルバを作る必要が出てくると思います。

2013年9月3日 17:48 Uchida <bbbro...@gmail.com>:

--
このメールは Google グループのグループ「OpenFOAM」の登録者に送られています。
このグループから退会し、メールの受信を停止するには、openfoam+u...@googlegroups.com にメールを送信します。
このグループに投稿するには、open...@googlegroups.com にメールを送信してください。
http://groups.google.com/group/openfoam からこのグループにアクセスしてください。
その他のオプションについては、https://groups.google.com/groups/opt_out にアクセスしてください。

[zheng zhang]

Uchida様

高温水の噴霧微粒化なら、VOFが利用できると思います。但し、噴霧粒径が非常に小さいと考えられるため、粒子を表現するには非常に小さいメッシュを使うことになると思います。従って、小さな3次元試し計算でも数百万以上のメッシュ量になるので、且つVOFの時間刻みを小さくとる必要があり、非定常現象である噴霧では非常に計算時間が掛かるではないが、あまり現実的にではないと思います。勿論沢山の計算リソースがあれば別論と思います。もし初心者であれば、いきなりこれをやるのはすこしハードルが高いと思います。最初的に、Euler手法で検討してもいいと思います。

以下Obuchi様が紹介したVallierさんのVOF＋Discrete Bubble Model（DBM）のHybrid手法では、おそらくDBMを使ってメッシュサイズ以下の界面が捕らえない粒子に対してVOFの代わりに計算しています。ちなみに、僕が自作したソルバーではEulerとVOFのHybridができる、この種の問題にもある程度対応できると思います。

以上です。ご参考までに。

[Uchida]

Ohbuchi様，zheng zhang様迅速な解答ありがとうございます．

Ohbuchi様
度々の解答ありがとうございます．
挙げていただいたソルバーのソースコード等を読んで見たいと思います．
ただやはりソルバーのカスタマイズは避けては通れなさそうだと感じました．


zheng zhang様
解答ありがとうございます．
とても難しく，非現実的ということで，研究している身としては今後不安しかないですが・・・
Euler手法で検討というのはEuler混相流のソルバーでやってみては？という解釈でよろしいでしょうか？
また，EulerとVOFのハイブリッドというのはどのようにやるべきなのでしょうか？
アドバイス等いただきたいです．

[zheng zhang]

Euler混相流ソルバーのことです。

VOFとEulerのハイブリッドでは、98年から2000年頃、神戸大学冨山先生と島田さんが提案開発したもので、Np2手法とも呼ばれっています。そちらの文献が多数出っているので、参考できると思います。

ただし、OpenFOAMでこのNp2手法を取り組むには、まず、bubbleFoamとinterFoamのソースコードの中身をマストする必要がある。そこからNp2手法が使われる基礎方程式と照らし合わせ、自分で両者をハイブリッドさせる必要がある。

難しいと思いますが、c++の勉強, Jasak, Ubbink, Ruscheらのドクター論文は参考になると思います。

[Uchida]

zheng zhang様素早い返答ありがとうございました．また，返信が遅れてしまって申し訳ありません

VOFとEulerのハイブリッドに関する論文を読んでみたいと思います

ありがとうございました