OpenFOAM v11 でhotRoom チュートリアルをやってみた

1. はじめに

OpenFOAM で 2次元キャビティ流れなどを試してきましたが、今回は 温度＋浮力を含む自然対流のチュートリアルとして、hotRoom ケースを、自分の環境（OpenFOAM v11）で動かしてみました。

なお、この記事で取り組んだことはXSimさんの以下の記事を参考にしています。

この記事では、XSimさんの記事の設定を参考にしつつ、OpenFOAM 11 + $FOAM_TUTORIALS/fluid/hotRoom + foamRun という構成で、自分の環境で再現した手順と結果をまとめています。

2. 実行環境

• CPU: CORE i7 7th Gen
• メモリ: 32GB
• GPU: GeForce RTX 2070
• OS: Ubuntu22.04(WSL2ではなくPCに直接インストール)
• チュートリアルルート: echo $FOAM_TUTORIALS→ /home/ユーザ名/OpenFOAM/OpenFOAM-11/tutorials
• 本記事の対象のhotRoom の場所:
  以下のコマンドで確認：

  cd $FOAM_TUTORIALS
  find . -maxdepth 6 -type d -name "hotRoom"
  

自分の環境では、$FOAM_TUTORIALS/fluid/hotRoom にチュートリアルが入っていました。

※ 参考にしたXSimさんの記事では heatTransfer/buoyantPimpleFoam/hotRoom ですが、
OpenFOAM 11 では階層構成が変わっており、fluid/hotRoomに当該の環境がありました。

3. 本記事での設定

本記事での設定はXSimさんの以下の記事の設定と一緒です。

設定をまとめると以下になります。

• 10×5×10 m の直方体領域内の自然対流（0〜2000 s）を計算
• 初期条件床面の中央部分だけ 600 K、それ以外は 300 K
• 天井は 300 K 固定、側面からは熱が逃げる（熱的に開放）
• 流れとしては6面とも no-slip 壁、流入出なし

という設定になっています。

4. 実行手順

4.1 OpenFOAM 環境を読み込む

source ~/OpenFOAM/OpenFOAM-11/etc/bashrc

4.2 hotRoom を $FOAM_RUN にコピー

mkdir -p $FOAM_RUN
cd $FOAM_RUN
cp -r $FOAM_TUTORIALS/fluid/hotRoom hotRoom
cd hotRoom

4.3 初期温度ファイルの準備

自分の hotRoom の 0 ディレクトリは以下のようになっていました：

ls 0
# alphat  epsilon  k  nut  p  p_rgh  T.orig  U

このケースでは、初期温度のテンプレートが 0/T.orig になっているので、まずは 0/T にコピーしました。

cp 0/T.orig 0/T

4.4 メッシュ生成と設定の反映

blockMesh
setFields

blockMeshで計算領域が設定され、setFields により温度条件などの設定がなされます。

4.5 実行（v11では foamRun）

XSimさん記事ではbuoyantPimpleFoamを直接呼んでいますが、
OpenFOAM 11 のfluid/hotRoomでは以下のコマンドよりsystem/controlDictのapplicationがfoamRun になっていることを確認しました。

grep application system/controlDict
# application     foamRun;

そのため、実行は次のようにしました。

foamRun

これを実行し、2000 s まで計算が進むと終了です。

5. ParaView で可視化（温度 + 流速ベクトル）

可視化手順は以下になります

• 温度Ｔ：カラーマップ＋カラーバー
• 流速ベクトル：矢印

⇒いわゆる「温度分布マップの上に矢印の流速ベクトルを重ねる」という構成にしています。

5.1 ParaView の起動とシミュレーション結果の読み込み

cd $FOAM_RUN/hotRoom
paraFoam

以下の図で赤枠囲んでいるhotRoom.OpenFOAMを選択して黄枠囲んでいるApply を押します。

5.2 XY 断面で温度分布を見る

XY 断面の温度分布を以下の手順で確認しました。

• Filters → Slice を選択（以下の図の赤枠部分）
  

• Propertiesを以下のように設定

  • Slice Type: Plane（以下の図の赤枠部分）
  • Origin: 5 2.5 5（以下の図の黄枠部分）
  • Normal: 0 0 1 （Z 方向に垂直 → XY 平面）　（以下の緑の部分）

  

設定後にApplyを押下し、Coloring を T（以下の図の赤枠の部分） にすると、以下の図のように部屋の中央に一点だけ高温な領域が現れます。

5.3 温度のカラーバーの設定を修正し温度プルームを見る

上記の温度分布では、温度プルームを見やすい形で可視化できておりませんので、カラーバーの範囲を以下の手順で変えて見やすくしてみました。

• 以下の図で赤枠で囲んだView⇒Color Map Editorの順番で選択
  

• 右端のウィンドウにある"Rescale to custom range"を選択
  

• 出てきたポップアップメニューで最小を300、最大を302と設定する
  

• そして表示された温度分布が以下になります（200sでの結果です）。
  

5.4 温度分布に流速ベクトルを重ね合わせる

5.3章で示した温度分布に対して、流速ベクトルの矢印を重ね合わせて可視化しました。手順としては以下の記事の5章の手順をそのまま実施しました。

結果は以下になります。

• 200sでの結果：
  

• 2000sでの結果：
  

7. まとめと今後の予定

シミュレーションの結果、床中央に設定した600 K のパッチから自然対流が発生し、温度プルームが上昇する様子を再現できました。速度場についても、床中央付近から強い上向きの流れが生じ、上部や側壁では循環が形成されるなど、明確にプルーム状の挙動が確認できました。このような「局所加熱に対して自然対流が発生し、プルームと循環が形成される」という傾向は、参考にしたXSimさんの記事で紹介されていた現象と同じく、自分の環境でも再現できたと考えられます。今後は、別のチュートリアルやチュートリアルのカスタマイズにも挑戦していきたいと考えています。