ブラウン運動を考慮した粒子追跡について

md

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May 19, 2023, 4:15:21 AM5/19/23

to OpenFOAM

いつもお世話になっております．

OpenFAOMを用いた粒子追跡に関する質問です。

流れ場を計算し、その流れ場の中に粒子を入れたときの運動を解析したいと考えています。粒子から流れ場への影響はないものとし(oneway coupling)、かなり小さい粒子を考えたいため、ブラウン運動による拡散も考慮した計算を行いたいです。

私の調べた限りでは、icoUncoupledKinematicParcelFoamが該当すると考えていますが、

icoUncoupledKinematicParcelFoamでそのような計算は可能でしょうか。

ブラウン運動を入れることができるものがあるのかがよくわかりませんでした。

また、他のソルバを用いる必要があればご教授いただけると幸いです。

よろしくお願いいたします。

k k

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May 22, 2023, 8:28:55 AM5/22/23

to OpenFOAM

こんにちは。ｋです。

期待通りかわかりませんが。こちらの記事を参考でどうでしょうか？

加えて既に計算した流れに乗った粒子を計算したい場合は、例で以下に手順を記します。

https://ss1.xrea.com/penguinitis.g1.xrea.com/study/OpenFOAM/dem/dem.html

■（例）キャビティ流れで解析した結果に乗った粒子の運動

・キャビティ流れをコピー

cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/icoFoam/cavity/cavity 001_cavity

・粒子追跡用のチュートリアルをコピー

cp -r /$FOAM_TUTORIALS/lagrangian/icoUncoupledKinematicParcelFoam/hopper .

cp -r hopper/hopperInitialState 002_particle

・キャビティ流れを実行

cd 001_cavity

blockMesh

icoFoam

・キャビティ流れの情報を粒子追跡用にコピー

cd ../002_particle

cp -r ../001_cavity/constant/polyMesh constant/

cp -r ../001_cavity/0 .

・キャビティ流れの流速を粒子追跡用にマッピング

mapFields ../001_cavity -sourceTime 0.5 -consistent

・粒子の配置（適当に設定）

constant/kinematicCloudPositions

(
(0.025 0.08 0.05)
(0.050 0.08 0.05)
(0.075 0.08 0.05)

)

・粒子の設定（適当に設定）

solution
{
active true;
coupled true;
transient yes;
cellValueSourceCorrection off;

interpolationSchemes
{
rho cell;
U cellPoint;
mu cell;
}

integrationSchemes
{
U Euler;
}
sourceTerms
{
/*
//U のスキームには "explicit"
と "semiImplicit" が選べる。
スキームの後の数値は緩和係数らしい。
*/
schemes
{
U explicit 1;
}
}
}

constantProperties
{
parcelTypeId 1;

rhoMin 1e-15;
minParticleMass 1e-15;

rho0 964;
youngsModulus 6e8;
poissonsRatio 0.35;

constantVolume false;
}

subModels
{
particleForces
{
sphereDrag;
gravity;
}

injectionModels
{
model1
{
type manualInjection;
massTotal 0;
parcelBasisType fixed;
nParticle 1;
SOI 0;
positionsFile "kinematicCloudPositions";
U0 ( 0 0 0 );
sizeDistribution
{
type fixedValue;
fixedValueDistribution
{
value 0.02;
}
}
}
}
dispersionModel none;

patchInteractionModel standardWallInteraction;

heatTransferModel none;

surfaceFilmModel none;

stochasticCollisionModel none;

collisionModel pairCollision;

radiation off;

pairCollisionCoeffs
{
// Maximum possible particle diameter expected at any time
maxInteractionDistance 0.02;

writeReferredParticleCloud no;

pairModel pairSpringSliderDashpot;

pairSpringSliderDashpotCoeffs
{
useEquivalentSize no;
alpha 0.12;
b 1.5;
mu 0.52;
cohesionEnergyDensity 0;
collisionResolutionSteps 12;
};

wallModel wallLocalSpringSliderDashpot;

wallLocalSpringSliderDashpotCoeffs
{
useEquivalentSize no;
collisionResolutionSteps 12;
movingWall
{
youngsModulus 1e10;
poissonsRatio 0.23;
alpha 0.12;
b 1.5;
mu 0.43;
cohesionEnergyDensity 0;
}
fixedWalls
{
youngsModulus 1e10;
poissonsRatio 0.23;
alpha 0.12;
b 1.5;
mu 0.43;
cohesionEnergyDensity 0;
}
frontAndBack
{
youngsModulus 1e10;
poissonsRatio 0.23;
alpha 0.12;
b 1.5;
mu 0.1;
cohesionEnergyDensity 0;
}
};
}

standardWallInteractionCoeffs
{
type rebound;
}
}

cloudFunctions
{}

・計算実行

icoUncoupledKinematicParcelFoam

・VTKに変換

foamToVTK

・ParaViewで確認

こちらを参考

https://ss1.xrea.com/penguinitis.g1.xrea.com/study/OpenFOAM/dem/dem.html

2023年5月19日金曜日 17:15:21 UTC+9 md:

md

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May 24, 2023, 3:33:03 AM5/24/23

to OpenFOAM

k 様

お世話になっております．ご返信ありがとうございます．

この記事を見たことがありましたが、事前に計算した流れ場をどのように

反映するか分からなかったので、丁寧に解説いただきありがとうございます．

mapfieldを使えばよいということですね．

あと現時点で分かっていのが粒子の拡散をどのように入れるかということです．

以下のユーザーガイドのp101のLagrange型粒子追跡ライブラリのところにブラウン運動との記述があるので

できるような気もしますがよくわかっていません．

https://www.opencae.or.jp/wp-content/uploads/2015/06/UserGuideJa-2.3.0_beta.pdf

何か知っていることがありましたら、ご教授いただけると幸いです．

よろしくお願いいたします．

2023年5月22日月曜日 21:28:55 UTC+9 k k:

k k

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May 24, 2023, 7:36:20 AM5/24/23

to OpenFOAM

こんにちは。

こちらのBrownianMotionForceことでしょうか。

https://www.openfoam.com/documentation/guides/latest/api/dir_e1a7d8d8e90152623b1a3c826acb3c48.html

詳しくなくお力になれませんが、情報提供程度でこちらも貼っておきます。

https://www.cfd-online.com/Forums/openfoam-solving/168734-brownianmotionforce-reactingparcelfoam-parcel-escaped-inlet-diverged.html

また、わかったことあれば是非ご報告ください。

よろしくお願いいたします。

2023年5月24日水曜日 16:33:03 UTC+9 md:

md

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May 24, 2023, 11:14:48 AM5/24/23

to OpenFOAM

k様　

ご返信ありがとうございます．

icoUncoupledKinematicParcelFoamではなく、reactingParcelFoamのようですね．

情報のご提供ありがとうございます．

一度試してみて何か分かったことがありましたらまたご報告させていただきます．

よろしくお願いいたします．

2023年5月24日水曜日 20:36:20 UTC+9 k k:

md

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May 30, 2023, 6:32:49 AM5/30/23

to OpenFOAM

お世話になっております．

上記の手順で粒子の計算を行おうとしていますが、最初の段階でつまづいてしまいうまくいっておりません。

・mapFieldsを使用すると以下のように実行できましたが、paraviewで確認しても流れ場が表示できませんでした。なぜ表示できないのかわかる方がいましたら教えていただきたいです。

Create databases as time

Source time: 20
Target time: 0
Create meshes

Source mesh size: 67514 Target mesh size: 25366

Consistently creating and mapping fields for time 20

interpolating p
interpolating static(p)_coeff
interpolating vorticity
interpolating U

End

・icoUncoupledKinematicParcelFoamを実行すると次のようなエラーメッセージが表示されます。
Create time

Create mesh for time = 0

Reading g
Reading field U

Reading/calculating face flux field phi

Selecting incompressible transport model Newtonian
Selecting turbulence model type laminar
Selecting laminar stress model Stokes
Constructing kinematicCloud kinematicCloud
Constructing particle forces
Selecting particle force sphereDrag
Constructing cloud functions
Selecting cloud function ReynoldsNumber1 of type ReynoldsNumber
Constructing particle injection models
Creating injector: model1
Selecting injection model patchInjection
Constructing 2-D injection
Choosing nParticle to be a fixed value, massTotal variable now does not determine anything.
Selecting distribution model fixedValue
Selecting dispersion model none
Selecting patch interaction model localInteraction
Interaction fields will not be written
Selecting stochastic collision model none
Selecting surface film model none
Selecting packing model none
Selecting damping model none
Selecting isotropy model none
Selecting U integration scheme Euler
Selecting collision model pairCollision
Selecting pair model pairSpringSliderDashpot
Selecting wall model wallLocalSpringSliderDashpot
Building InteractionLists with interaction distance 2e-09
Building referred interaction lists
Building direct interaction lists
Reading non-inertial frame fields

Starting time loop

forceCoeffs forceCoeffs:
rho: rhoInf
Freestream density (rhoInf) set to 1
Not including porosity effects
magUInf: 0.1
lRef : 0.01
Aref : 0.0001
rhoInf : 1
Selecting all coefficients
- Drag force: Cd
- Drag force front: Cd(f)
- Drag force rear: Cd(r)
- Lift force: Cl
- Lift force front: Cl(f)
- Lift force rear: Cl(r)
- Pitch moment: CmPitch
- Roll moment: CmRoll
- Yaw moment: CmYaw
- Side force: Cs
- Side force front: Cs(f)
- Side force rear: Cs(r)

pressure pressure:
Operating mode: staticCoeff
Not including hydrostatic effects

Time = 0.001

Evolving kinematicCloud

Solving2-D cloud kinematicCloud
Cloud: kinematicCloud
Current number of parcels = 0
Current mass in system = 0
Linear momentum = (0 0 0)
|Linear momentum| = 0
Linear kinetic energy = 0
Average particle per parcel = 0
Injector model1:
- parcels added = 0
- mass introduced = 0
Parcel fate: system (number, mass)
- escape = 0, 0
Parcel fate: patch sidewall (number, mass)
- escape = 0, 0
- stick = 0, 0
Parcel fate: patch inlet (number, mass)
- escape = 0, 0
- stick = 0, 0
Parcel fate: patch outlet (number, mass)
- escape = 0, 0
- stick = 0, 0
Parcel fate: patch upperwall (number, mass)
- escape = 0, 0
- stick = 0, 0
Parcel fate: patch lowerwall (number, mass)
- escape = 0, 0
- stick = 0, 0
Parcel fate: patch cylinder (number, mass)
- escape = 0, 0
- stick = 0, 0
Rotational kinetic energy = 0

ExecutionTime = 0.869 s ClockTime = 1 s

--> FOAM FATAL ERROR: (openfoam-2206)
Could not find U: U or p:p in database

From void Foam::functionObjects::forces::initialise()
in file forces/forces.C at line 172.

FOAM exiting

これはどこのファイルにp,Uが見当たらないエラーなのでしょうか。

ご教授いただけると幸いです。

よろしくお願いいたします。

2023年5月25日木曜日 0:14:48 UTC+9 md:

k k

unread,

May 31, 2023, 1:09:43 AM5/31/23

to open...@googlegroups.com

こんにちは。

controlDictに抗力の圧力を使う設定が残っているからではないでしょうか。

流速しか必要ないので、controlDictの抗力の出力設定が不要かと思います。

ご確認ください。

2023年5月30日(火) 午後7:32 'md' via OpenFOAM <open...@googlegroups.com>:

--
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md

unread,

May 31, 2023, 3:53:50 AM5/31/23

to OpenFOAM

k様

ご返信ありがとうございます。

計算が回るようになりました。ありがとうございます。

2023年5月31日水曜日 14:09:43 UTC+9 k k:

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