チュートリアル7　ダクト内の拡散物質混合解析

オンライン流体解析CATCFDzeroのチュートリアルです。ダクト内の拡散物質の拡散混合シミュレーションを行います。

解析概要

計算対象は、図のようなダクトで、左上の２つの入口から空気が流入し、右下の出口から流出します。入口2からの流れは拡散物質を含んでおり、ダクトを流れる間に拡散物質が拡散していく様子を観察します。

ダクトは径0.2mでS字に曲がっています。流路以外の箇所はブロックでモデル化します。

[物性]メニューを開き、物性は空気を選択します。乱流と拡散物質のスイッチを入れます。

[領域]メニューで、領域のサイズ[m]を入力します。横方向Lxに「1.0」、縦方向Lyに「1.0」を入力します。

[境界条件]メニューを開き、境界条件を設定していきます。

No.１に入口1の流入条件を設定します。条件は「流入」、面は「左端」、Lminは「0.8」、Lmaxは「0.9」、値（流入速度）は「 1」m/s、拡散物質濃度は「0」を入力します。入力したら[適用]ボタンを押してください。

No.２に入口2の流入条件を設定します。条件は「流入」、面は「左端」、Lminは「0.9」、Lmaxは「1」、値（流入速度）は「 1」m/s、拡散物質濃度は「1」を入力します。入力したら[適用]ボタンを押します。

Tips：拡散物質は流れに影響を与えない（パッシブスカラー）として計算されます。したがって、濃度の単位は特に規定されていません。ここでは、拡散物質濃度が1であれば100%で流入、濃度が0であれば拡散物質の流入がない0%と考えてください。

No.３に出口の流出条件を設定します。「+」ボタンで境界を追加し、条件は「圧力」、面は「右端」、Lminは「0」、Lmaxは「0.2」、値（圧力）は「 0」Pa、濃度は「0」を入力します。入力したら[適用]ボタンで確定します。

次に[ブロック]メニューを開き、流路以外の部分を作成します。

[＋]ボタンを押して、No1のブロックを追加します。

No.1にブロックのX方向の最小値（Xmin）「0」、最大値（Xmax）「0.8」、Y方向の最小値（Ymin）「0.6」、最大値（Ymax）「0.8」を入力します。入力したら、[適用]ボタンを押してください。

No.2も作成して入力します。

No.2：Xmin「0.2」、Xmax「1」、Ymin「0.2」、Ymax「0.4」

すべて設定すると、次のような境界表示になります。

[詳細設定] メニューの[メッシュ]を開きます。

メッシュ解像度を上げるため、[高解像度]ボタンを押します。メッシュのセル数が「自動（細かい）」に設定されます。

[詳細設定] メニューの[緩和係数]を開きます。

計算を安定に進めるため[安定化]ボタンを押します。速度、乱流の緩和係数が0.5に、圧力の緩和係数が0.1に下がります。

以上で解析設定は終了です。

設定が終了したら、[計算実行]ボタンを押します。

計算が開始され、計算中は「CALCULATING...」と表示されます。また、ボタン横のボックスに「計算中：**イタレーション **%」と現在の反復回数が表示されます。

計算が収束し終了すると、「計算終了：収束しました。」と表示されます。

計算が終了すると、表示エリアの[結果表示]タブに計算結果が表示されます。最初は「速度ベクトル」が表示されます。

次に、右サイドにある「拡散物質濃度」ボタンを押します。

入口2から流入した拡散物質は、ダクトを流れるにしたがって拡散して混合され出口付近では、濃度0.5程度になっていることがわかります。

[粒子トレース]にチェックを入れ、再び「拡散物質濃度」ボタンを押します。

流れがアニメーションで表示され、流動しながら混合していく様子がイメージしやすくなります。