Elmerにて自然対流を行ってみました。
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:
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
風速0.3m程度のようです。
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。
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
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）
■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。
■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。
サンプルファイル : bath_model.zip
■解析実行
■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。
コメント