ポーラス領域表面を壁面と認識させたい

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imhotep310

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Oct 7, 2021, 12:17:44 AM10/7/21
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初めまして。imhotep310と申します。

現在、修士の研究でポーラス領域を含んだ流れの定常計算をRANSで行っており、ソルバーにporousSimpleFoamを用いています。

以下、簡略化したケース(添付: cavity_porous)で説明いたします。

icoFoamのキャビティ流れチュートリアルを修正してporousSimpleFoamで定常計算するようにしてあります。ケースではblockMeshを用いて、下半分の領域をポーラス領域に設定しました。正確な計算ができているかはともかく、計算は収束します。

この場合、上半分の通常の流れ領域と下半分のポーラス領域の間の境界(以下ポーラス境界面)はwallとして設定されていないため、壁面からの距離をwallDistで計算した場合、通常のキャビティ流れのチュートリアルと同じ結果が現れると認識しております。

しかしながら、このポーラス境界面を何らかの方法でwallと認識させる(図内①)、もしくはwallDistをカスタマイズしてポーラス境界面付近でも小さい値を出力させ、結果的に壁面付近のような状態にさせて(図内②)計算したいと考えています。

画像1.jpg

topoSetを用いてポーラス境界にpatchを設置しwallに設定することを試みましたが、流れがポーラス境界を通り抜けなくなってしまい、これは私の望む結果ではありませんでした。

質問内容を以下にまとめます。

  1. ポーラス境界面を、流れが透過するwall(Uやp)として設定することは可能でしょうか。(図①)
  2.  1が難しい場合、ポーラス境界面付近でも小さい値が出力されるようwallDistをカスタムするにはどのような手順を踏めばよいのでしょうか。(図②)
  3.  wallDistの結果をParaViewで可視化するにはどうすればよいのでしょうか。 

現在の状態を以下にまとめます。

  • 流れ: キャビティ流れ、単相流、空気
  • ソルバー: porousSimpleFoam
  • 乱流モデル: Spalart–Allmarasモデル（研究内容の都合で変更できません）
  • バージョン: OpenFOAM8
  • OS: Ubuntu 18.04.6 LTS

申し訳ございませんが、ソルバーや乱流モデルのカスタマイズ経験はありません。長くなりましたが、よろしくお願いいたします。

cavity_porous.tar.gz

kominami

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Oct 9, 2021, 6:38:07 AM10/9/21
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imhotep310さん

komiamiです

やりたいことは理解できていると思います。
少し確認させてください。

＞topoSetを用いてポーラス境界にpatchを設置しwallに設定することを試みましたが、
＞流れがポーラス境界を通り抜けなくなってしまい、これは私の望む結果ではありま
＞せんでした。

スポンジ(多孔質体)に不織布(多孔質板)が貼り付けられているようなイメージですか？

多孔質板の場合はcyclic境界で圧力ジャンプ条件を使えば良いです。
ただし、多孔質体のCellZoneに隣接した多孔質板のcyclic境界というモデルでの計算を試したことはありませんので、アイデアレベルです。

うまくいってもいかなくても、知見が共有財産になるので、ぜひ結果を教えてください。


2021年10月7日木曜日 13:17:44 UTC+9 imhotep310:
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imhotep310

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Oct 10, 2021, 7:07:27 AM10/10/21
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komiami様

ご返答ありがとうございます。
始めに、説明が不足しておりましたことをお詫び申し上げます。

最終的にやりたいことはポーラス境界を壁だとして乱流モデルを解くことです。

私が使用している乱流モデル、SAモデルの渦粘性係数輸送方程式の中には壁面からの距離\tilde{d}が減衰項の中にありますが、これは wallDistを用いて計算されており、壁として判定されるのは"wall"として設定されたpatchのみのようです。
例えば、ポーラス密度を十分に高めた場合、ポーラス境界でも固体壁のような効果が表れると考えているのですが、本番のケース(ファイル添付したものとは異なります)において計算を行っても、ポーラス境界は壁ではないとOpenFOAMが認識するため、ポーラス境界付近でnutが十分に減衰していないような結果が表れてしまいます。これを何らかの手段で修正したいと考えております。

すなわち、「ポーラス境界にwallを設置したい」というよりは、「ポーラス境界付近のwalldistの値をもっと小さなものにしたい」ということになります。

imhotep310

2021年10月9日土曜日 19:38:07 UTC+9 kominami:
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