はじめに
OpenFOAMの重合格子、二相流計算の練習として、適当な浮体の動揺計算を行ってみる。
参考にしたチュートリアル
overInterDyMFoamのfloatingBodyでは、角柱形状の浮体の動揺を再現している。
これを改良して、指定の形状データを取り扱えるようにする。
https://www.openfoam.com/documentation/guides/latest/doc/guide-overset.html
チュートリアルフォルダの中には、backgroundと、floatingBodyの2つのフォルダが存在する。backgroundは重合計算のバックグラウンド領域、floatingBodyは重合計算のオーバーセット領域である。
オーバーセット領域はオブジェクトの運動に合わせて動き、外周部のセルでバックグラウンドとの流場情報のやり取りを行う。
以下、要点のみ。
3Dデータの用意
Fusion360という定番のソフトで3次元形状を作成する。
桃の中心が座標原点。
計算格子の用意
snappyHexMeshで計算格子を作成する。motorBikeのチュートリアルから引っ張ってきた。
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
| ========= | |
| \\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox |
| \\ / O peration | Version: v1912 |
| \\ / A nd | Website: www.openfoam.com |
| \\/ M anipulation | |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
version 2.0;
format ascii;
class dictionary;
object snappyHexMeshDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
castellatedMesh true;
snap true;
addLayers true;
geometry
{
object.stl
{
type triSurfaceMesh;
name floatingObject;
}
}
// Settings for the castellatedMesh generation.
castellatedMeshControls
{
maxLocalCells 100000;
maxGlobalCells 2000000;
minRefinementCells 10;
maxLoadUnbalance 0.10;
nCellsBetweenLevels 3;
features
(
{
file "object.eMesh";
level 3;
}
);
refinementSurfaces
{
floatingObject
{
level (2 3);
patchInfo
{
type wall;
inGroups (floatingObject);
}
}
}
resolveFeatureAngle 30;
refinementRegions
{
}
locationInMesh (0.4999 0.4999 0.4999);
}
// Settings for the snapping.
snapControls
{
nSmoothPatch 3;
tolerance 2.0;
nSolveIter 30;
nRelaxIter 5;
nFeatureSnapIter 10;
implicitFeatureSnap false;
explicitFeatureSnap true;
multiRegionFeatureSnap false;
}
// Settings for the layer addition.
addLayersControls
{
relativeSizes true;
layers
{
floatingObject
{
nSurfaceLayers 5;
}
}
expansionRatio 1.0;
finalLayerThickness 0.3;
minThickness 0.1;
nGrow 0;
featureAngle 60;
slipFeatureAngle 30;
nRelaxIter 3;
nSmoothSurfaceNormals 1;
nSmoothNormals 3;
nSmoothThickness 10;
maxFaceThicknessRatio 0.5;
maxThicknessToMedialRatio 0.3;
minMedialAxisAngle 90;
nBufferCellsNoExtrude 0;
nLayerIter 50;
}
// ************************************************************************* //
格子が若干粗く、桃の割れ目や葉との接合部が崩れている。
が、とりあえずこのまま行ってみる。
領域の設定
topoSetで領域分けを行う。
insidePoints ((1.9999 1.9999 1.9999))を持つ格子（バックグラウンド領域）をc0と定義し、そのinvert（オーバーセット領域）をc1と定義する。
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
| ========= | |
| \\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox |
| \\ / O peration | Version: v1912 |
| \\ / A nd | Website: www.openfoam.com |
| \\/ M anipulation | |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
version 2.0;
format ascii;
class dictionary;
object topoSetDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
actions
(
{
name c0;
type cellSet;
action new;
source regionToCell;
insidePoints ((1.9999 1.9999 1.9999));
}
{
name c1;
type cellSet;
action new;
source cellToCell;
set c0;
}
{
name c1;
type cellSet;
action invert;
}
);
// ************************************************************************* //
先程領域を定義したc0にzoneID=0、c1にzoneID=1というスカラー値を与える。
ついでにdefaultFieldValues(volScalarFieldValue alpha.water 0);で一旦計算領域全体をalpha.water=0(気相)にし、boxToCellで指定した領域をalpha.water=1(液相)に変更しておく。
ここでは、1回目のboxToCellで水面（z=0）以下を液相にし、その後x>1、y>1、z<0.5の領域に水柱を立てている。
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
| ========= | |
| \\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox |
| \\ / O peration | Version: v1912 |
| \\ / A nd | Website: www.openfoam.com |
| \\/ M anipulation | |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
version 2.0;
format ascii;
class dictionary;
object setFieldsDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
defaultFieldValues
(
volScalarFieldValue alpha.water 0
volScalarFieldValue zoneID 123
);
regions
(
cellToCell
{
set c0;
fieldValues
(
volScalarFieldValue zoneID 0
);
}
cellToCell
{
set c1;
fieldValues
(
volScalarFieldValue zoneID 1
);
}
boxToCell
{
box ( -100 -100 -100 ) ( 100 100 0.0 );
fieldValues ( volScalarFieldValue alpha.water 1 );
}
boxToCell
{
box ( 1.0 1.0 -100 ) ( 100 100 0.5 );
fieldValues ( volScalarFieldValue alpha.water 1 );
}
);
// ************************************************************************* //
他の設定は省略。基本的にチュートリアルそのままで、名前や領域の大きさのみ変更する。
計算結果
無事にどんぶらこできた。
（動画の埋め込み表示がうまくいかない...）
計算してみた。https://t.co/SPvdbvZbuL
— クエン酸 (@momomo15875) August 23, 2020