【CATCFDzero Tips】ソース項の設定方法

オンライン流体解析CATCFDzeroのTips集のページです。

ソース項

熱流体解析では運動量や熱のソース項(生成項)を指定することがあります。

流れであれば運動量のソース項を与えることで、ある場所に流れが起こります。例えばファンなどを模擬したい場合、ファンの形状を真面目に作って計算すると大変なので、運動量にソースを与え簡易的にファンをモデル化することができます。

熱であれば温度の方程式に熱ソースを与えることで、部品の発熱などをモデル化することができます。

CATCFDzeroでは速度(運動量)と温度(熱)に対してソース項を与えることができます。ソース項は次式で与えられます。

$$S=S_c+S_p \phi \tag{1}$$

ここで、$S_c$は陽的な生成項で、$S_p \phi$は陰的な生成項として扱われます。$\phi$は速度または温度を表します。陽的な項は線形方程式の右辺の生成項に加えられ、陰的な項は左辺の行列の対角成分に移項されて加えられます。

ソース項は単位体積あたりの量として与えます。運動量であれば [N/m3]、熱であれば [W/m3]の単位です。一定のソースを与える場合は$S_c$に入力し、$S_p$はゼロとします。

ソース項の設定方法

運動量のソース項

図の赤線で囲んだ領域にy方向の運動量ソースを与えてみます。

CATCFDzeroソース項の運動量ソース

この領域の座標はx = 0.4 ~ 0.6m、y = 0.3 ~ 0.5mです。ここに、10 N/m3のソース項を与えて、ファンを模擬してみます。

上下の境界条件は圧力境界として流れの出入りは自由です。

ソースの設定は、[詳細設定タブ][拡張機能][E2]

CATCFDzeroソース項の運動量ソース設定

と入力します。

Uy,  xmin, xmax, ymin, ymax, Sc, Sp

の書式です。最初の「Uy」はy方向の運動量を表し、x方向であれば「Ux」とします。次にx、yの範囲を与え、最後にソース項Sc、Spを入力します。

結果は

CATCFDzeroソース項の運動量ソース結果

のようになり、ソースを与えた領域から流れが生成されていることがわかります。

熱のソース項

次に赤枠の領域に発熱のソースを与えてみます。

CATCFDzeroソース項の熱ソース

領域のサイズは運動量のときと同じです。発熱量は1000 W/m3とします。まわりの境界は熱伝達境界(20℃、5 W/(m2K))で、熱伝導率0.2 W/(mK)で熱伝導解析を行います。

ソース項の設定は次のようになります。

CATCFDzeroソース項の熱ソース設定

熱の場合は

T,  xmin, xmax, ymin, ymax, Sc, Sp

を入力し、最初を「T」とします。

温度の結果は、

CATCFDzeroソース項の熱ソース結果

となり、ソースを与えた領域が発熱し温度が高くなっている様子がわかります。


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