温度Tの境界条件について

[kota]

お世話になっております、大学でOpenFOAMを用いて研究をしておりますkotaと申します。

温度Tの境界条件について質問があります。

壁面温度が1500℃（1773K） に設定された管（実際はヒーターを再現しているつもりで、管は常に温められている状態を作りたいです）に常温の気体を流して管内で反応をさせたいと考えているのですが、流した気体にうまく熱を伝達することができず反応が進まない状況に悩まされております。使用しているソルバーはreactingFoamです。

少し調べて他の境界条件も試してみましたが解決に至っておらず、何が間違っているのか、またその解決策をご享受お願いできないでしょうか。

以下がTファイルとシミュレーション結果になります。

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
  =========                 |
  \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
   \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
    \\  /    A nd           | Version:  9
     \\/     M anipulation  |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
    format      binary;
    class       volScalarField;
    location    "0";
    object      T;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

dimensions      [0 0 0 1 0 0 0];

internalField   uniform 1773;

boundaryField
{
    inlet
    {
        type            fixedValue;
        value           uniform 300;
    }
    outlet
    {
        type            inletOutlet;
        inletValue      uniform 1773;
        value           uniform 1773;
    }
    innerwalls
    {
        type fixedValue;
        value uniform 1773;
    }
}


// ************************************************************************* //

[H‐Tsubota＠xsim.info]

reactingFoamでも当てはまるかはわかりませんが、buoyant系のソルバーで、壁から1層目のメッシュが粗すぎて熱伝達がうまく解像できずに流体側に熱が伝わらないというのは経験したことがあります。

モデルの形状を見ると管の長さ方向に比べて径が細いようなので、径方向のメッシュが十分細かくなっているかを確認すると良いのではないでしょうか？
また解が十分に収束しているか（残差が小さくなっているか）も確認した方がいいかも知れません。

2023年11月13日月曜日 11:54:56 UTC+9 kota:

[kota]

Tsubota様

返信いただきありがとうございます。

確かに径方向のメッシュは荒いので修正して実行してみようと思います。

解が十分に収束しているかについての確認方法についてもPENGUINITIS - 計算の確認と計算結果の処理 (xrea.com)を参考に実行してみたいと思います。

また結果が出ましたら報告させていただきます。

2023年11月13日月曜日 15:29:39 UTC+9 H‐Tsubota＠xsim.info:

[kota]

結果が出ましたので報告させていただきます。

メッシュの細かさを縦横倍にしましたが変化はありませんでした。

また、添付してあるファイルのとおり残渣を確認しましたが全て0になっております。

こういった場合ブロックメッシュと温度条件が不適切なのでしょうか。

何度も何度も申し訳ありませんが、もしよろしければお願いいたします。

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
  =========                 |
  \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
   \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org

    \\  /    A nd           | Version:  10

     \\/     M anipulation  |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{

    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      blockMeshDict;

}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

convertToMeters 0.001;

vertices
(
    (0 0 0)//0
    (1000 0 0)//1
    (1000 7.527728741 0)//2
    (0 7.527728741 0)//3
    (0 0 7.527728741)//4
    (1000 0 7.527728741)//5
    (1000 7.527728741 7.527728741)//6
    (0 7.527728741 7.527728741)//7
);

blocks
(
    hex (0 1 2 3 4 5 6 7) (500 10 10) simpleGrading (1 1 1)
);

boundary
(
    inlet
    {
        type patch;
        faces
        (
            (0 4 7 3)
        );
    }

    outlet
    {
        type patch;
        faces
        (
            (1 5 6 2)
        );
    }

    innerwalls
    {
        type wall;
        faces
        (
        (0 1 2 3)
        (4 5 6 7)
        (0 1 5 4)
        (3 2 6 7)
           
        );
    }
   
);


// ************************************************************************* //

2023年11月13日月曜日 16:26:11 UTC+9 kota:

[H‐Tsubota＠xsim.info]

スレッドを見直していて気づいたのですが、温度の可視化で最小300K、最大1773Kのカラーバーでコンターを描いていますが、もしかしてこの温度コンター図だけを見て「温度が伝わってない」と判断してませんか？

ParaViewはデフォルトだと256色階調でコンター図を描くので、(1773-300)/256=5.75K以下の温度勾配は1色で塗りつぶしてしまい、見かけ上、温度勾配がみえにくくなっているのではないかという気がしたので、念のため。

生の数値を見て温度が伝わってないことを確認済み、ということであれば、自分であれば、以下の手順で動作を確認すると思います。

1.径方向を30*30くらいで分割して温度が伝わるか確認（ 径方向 の現象を見る時に10*10だと 個人的には 少し粗すぎる印象です）
2. 1.でだめな場合はさらに、inletを静圧指定にするなどして流れを止めて、自然対流にした場合に温度が伝わるか確認
3. 2.でだめな場合はソースコードを確認

なお、ケースファイル全体を見ないと正確なことは言えませんが、少なくとも blockMeshDictとTの設定内容に関しては私は特に違和感は感じませんでした。

以上です。

2023年11月15日水曜日 13:27:01 UTC+9 kota:

[kota]

返信が遅くなり申し訳ありません。

１週間での変更点をまとめさせていただきます。

①形状に誤りがあり、変更するついでに円管にしました。

②温度が伝わっていないことは実験データより明らかに化学反応が起こっていないことがわかり、温度が伝わっていないせいだと素人ながら確信していたので、ガスの入り口を壁の端と接触しないよう少し内側にした形状に変更しました。

③②の条件でシミュレーションを回した結果壁がガスに触れて１度低温になるが時間経過によって温まっていくことを確認しました。

④しかし③ではうまくガスが混ざりきらず、流入したガスがほとんど勢いそのままに流出いてしまう状態だったので現在最適なU/Pの境界条件を探しております。

こちらに現状をもう少し詳しくして質問しておりますので、もしよろしければご教授お願いいたします。
https://groups.google.com/g/openfoam/c/q1U3ft3-npE/m/_Xr3gnlNAAAJ

2023年11月15日水曜日 17:42:50 UTC+9 H‐Tsubota＠xsim.info: