ChtMultiRegionSimpleFoam:熱交換器とファン

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基本情報
Solver chtMultiRegionSimpleFoam
Case heatExchanger(/tutorials/heatTransfer/chtMultiRegionFoam/heatExchanger
Version 2.2.x
Kerword 定常,熱移送,流体-流体熱連成,マルチリージョン
変数 U [m/s], p [kg/m・s^2], p_rgh [kg/m・s^2], T [K]
定数 流体(air):thermophysicalProperties
thermoType 
{
   type    heRhoThermo;
    mixture         pureMixture;
   transport       polynomial;
   thermo          hPolynomial;
   equationOfState icoPolynomial;
   specie          specie;
   energy          sensibleEnthalpy;   
} 
mixture{
specie
{
    nMoles          1;//モル数
    molWeight       28.85;//分子量[g/mol]
}
    equationOfState
   {
       rhoCoeffs<8>    ( 4.0097 -0.016954 3.3057e-05 -3.0042e-08 1.0286e-11 0 0 0 );
   }
   thermodynamics
   {
       Hf              0;
       Sf              0;
       CpCoeffs<8>     ( 948.76 0.39171 -0.00095999 1.393e-06 -6.2029e-10 0 0 0 );
   }
   transport
   {
       muCoeffs<8>     ( 1.5061e-06 6.16e-08 -1.819e-11 0 0 0 0 0 );
       kappaCoeffs<8>  ( 0.0025219 8.506e-05 -1.312e-08 0 0 0 0 0 );
   }
}

乱流モデル:RASModel/kEpsilon

流体(porous):thermophysicalProperties

thermoType
{
   type            heRhoThermo;
   mixture         pureMixture;
   transport       polynomial;
   thermo          hPolynomial;
   equationOfState icoPolynomial;
   specie          specie;
   energy          sensibleEnthalpy;
}


mixture
{
   // coefficients for water
   specie
   {
       nMoles          1;
       molWeight       18;
   }
   equationOfState
   {
       rhoCoeffs<8>    ( 1000 0 0 0 0 0 0 0 );
   }
   thermodynamics
   {
       Hf              0;
       Sf              0;
       CpCoeffs<8>     ( 4183 0 0 0 0 0 0 0 );
   }
   transport
   {
       muCoeffs<8>     ( 0.001 0 0 0 0 0 0 0 );
       kappaCoeffs<8>  ( 0.58  0 0 0 0 0 0 0 );
   }
}
乱流モデル:laminar
基礎方程式
コメント 自動車用ラジエータのような熱交換器をポーラス体としてモデル化し、熱交換器内部流れと、外部の空気流れを連成して計算している。

流体間の熱交換はfvOptionにて指定したリージョン間のマッピングによって、熱伝達率が一定(type constantHeatTransfer)という仮定の下、熱交換量が計算される(図6-1.参照)。 ポーラス体としての通気抵抗も、fvOptionにて指定したリージョン間のマッピングによって計算される(図6-2.参照)。 ファン部分のMRFパラメタ(回転領域、回転数、回転方向)は、fvOptionにて指定している(図6-2.参照)。 但し、自動車用の軸流ファンのような、ラジエータ部分に強制的に風を押し込むという状況を解析しているのではない。ファンはねじりのない単なるプレートファンなので、軸方向流れはわずかに誘発されるだけで、ラジエータの高温部分から熱を吸い出すような流れ場になっていることに注意。

実行コマンド chtMultiRegionSimpleFoam

# メッシュ(blockMesh)の作成(図2.参照)
/heatExchanger$ blockMesh -region air
/heatExchanger$ blockMesh -region porous

# ファン羽根部分のrotorBladeという名前のfaceSetを作成(図3-1〜4.参照)
/heatExchanger$ topoSet -region air -dict system/topoSetDict.1

# rotorBladeをバッフル化
/heatExchanger$ createBaffles -region air -overwrite

# rotorという名前のcellZoneを作成(for MRF)(図4-1〜2.参照)
/heatExchanger$ topoSet -region air -dict system/topoSetDict.2

# これまでの作業で生じたテンポラリファイルを削除
/heatExchanger$ rm -rf constant/air/polyMesh/sets

# create dummy files for post-processing
/heatExchanger$ paraFoam -touch -region porous
/heatExchanger$ paraFoam -touch -region air

# 初期/境界条件のセット(図5-1〜2.参照)
/heatExchanger$ cp -rf 0.org 0

# ソルバーの実行
/heatExchanger$ chtMultiRegionSimpleFoam

図1.モデルの概要

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図2.メッシュ(blockMesh -region air)の概要

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図3-1.rotorBladeの作成手順(1/4)

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図3-2.rotorBladeの作成手順(2/4)

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図3-3.rotorBladeの作成手順(3/4)

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図3-4.rotorBladeの作成手順(4/4)

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図4-1.rotorの作成手順(1/2)

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図4-2.rotorの作成手順(2/2)

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図5-1.初期/境界条件(-region air)

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図5-2.初期/境界条件(-region porous)

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図6-1.fvOptionの説明(constantHeatTransfer)

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図6-2.fvOptionの説明(通気抵抗、MRF)

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