Elmer

T591 自然対流 検討用

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Elmerにて自然対流を行ってみました。

Elmer自然対流 図
自然対流の様子 100倍速 温度表示(K)

自然対流は温度差によって生じる密度の偏りから、重力を駆動力とする現象ですが、
強制対流よりも扱いが難しい印象があります。
下記は検討用にひとまず作成したものになります。

お湯を張った浴室をイメージしています。

対象 流体

ジオメトリ作成: FreeCAD

メッシャー:salome

プリプロセッサ:ElmerGUI

ソルバー :Elmer

ポストプロセッシング:ParaView

条件: 

モデル図(m)
CADモデル

板形状

物性値:
 空気 >elmer標準値
   密度:1.205 kg/m3
   比熱:1005.0 J/(kg·K)
熱伝導率:0.0257 W/m K
粘性:1.983e-5 Pa・s

境界条件:
 湯の表面温度52℃(325K)
 雰囲気温度20℃(293K)
 重力:9.82 m/s2(-Y方向)

結果

速度変化 m/s

風速0.3m程度のようです。

参考:T592 自然対流3D 検討用

作業 (作成中)

基本的な流れは以下が参考になります。
T521 Elmer 作業例

形状 FreeCADにて作成

サンプルファイル : bath.FCStd

上記のサンプルは単体ファイルに複数BODYで作成しています。

Assembly4を使用して作成したものは以下になります。

bath(Ver0.19)

サンプルファイル : bath_assy.zip

要素作成

salomeにてフェイス形状をオートで作成しています。三角形一次要素です。
参考:T405 メッシュ作成 例

三角形要素

サンプルファイル : bath_mesh.unv

解析モデル作成

■setup
Transientの設定とTimestep intervalsを100、timestep sizesを1にして100秒まで計算します。
出力は1にしておいて、1秒ごとに出力します。
大事なのは、Gravity設定で、モデルのY軸方向マイナスに重力加速度9.82m/s^2がかかるようにしておきます。(既定)

setupの設定

■Equation
Heat equationとNavie-StokesのタブでそれぞれActive(ボックスチェック)にします。Convectionもcomputedにします。(convectにチェック)Navie-Stokesでは、優先番号1にしておきます。

Heat equation
Navie-Stokes

■物性値設定
Material libraryからAir(room temperature)を選択します。
Reference Temperatureに293Kを指定します。(ワーニングがでます)

■Body Forceの設定

ブシネスク近似の設定をします。

■Initial conditionの設定
初期温度293Kを設定します。

■境界条件の設定
湯面の温度(BC1)と、室壁の温度(BC2)設定をします。
Heat Equationタブでそれぞれの温度(325K,293K)を入力して、Navie-Stokesタブで壁面条件を指定します。

BC1
BC2
壁条件

サンプルファイル : bath_model.zip

■解析実行

参考:T521 Elmer 作業例

■結果評価
参考:T621 Paraview 設定例

課題

作業場の備忘録として記載しています。
■境界部のメッシュ密度
 流体の解析では、境界部の要素を密にすることが推奨されますので、メッシュ作成方法として、簡易にコントロールできるよう方法を考えたいです。
方法1:T401 メッシュ作成 salome Auto

採用する要素タイプ
 上記と3D形状においては、三角形・四面体要素で作業しています。四角形、六面体でも少し行ったのですが、なぜか安定しませんでした。昨今では四面体要素で行っても問題ないように感じています。

 うまく機能しない場合として、外部のメッシャーで作成してインポートした場合も考えられます。

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