OpenFOAMによる二次元翼周りの...
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OpenFOAMOpenFOAMによる二次元翼周りのによる二次元翼周りの
キャビテーション解析キャビテーション解析
宮部正洋
11
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22
◆ FreeCADを用いて解析モデル作成
(分からないことばかりです。お助け下さい。)
◆ OpenFOAMを用いて流体解析(MRF, AMI 一応できました。)
◆ 単独翼周りのキャビテーション解析進捗報告(SGI様のOpenFOAM Cloudを
利用させて頂いております。)
◆ Salome-mecaを用いて構造解析
(鋭意作成中。レベルは初心者未満ですが。)
内容
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Cavitation CFD (Clark-Y)
33Computational domain and mesh
mesh-A (83thousand, y+=5~25)log-law area
mesh-C (670thousand, y+=0.2~1.5)sub-layer area
sgi様のマシン32~64coreを
お借りしています
laptop(4 core)で計算しました
10C
2C
C: chord length ; 0.1[m]
velocity8.1[m/s]
interPhaseChangeFoamで計算
ps=const
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4
Cavitation tunnel
•回流ポンプ,管路,タンク,試験部から成る閉ループ構造
弁の開閉によりシステム圧Psを変化
•試験部81.5×200[mm]の矩形断面
•流量を一定でシステム圧Psを減圧
キャビテーション発生
キャビテーション数
Pt;試験部圧力Pv;飽和蒸気圧U ;流速
Test rig
九州大学大学院工学研究院 渡邉聡 教授の実験室.
当社は,ディスカッションにより知見を得,活用させて頂いている.
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以下はcoarse mesh (mesh-A) の解析結果です。
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66
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
x/C
-Cp
MeasuredCFD (RNG k-e)CFD (SST k-w)CFD (Laminar)CFD (k-kl-w)
Compar ison of static pressure, non-cavitation
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-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
x/C
-Cp
CFD (Kunz)CFD (Merkle)CFD (Schnerr)Measured
Cavitation model
77Compar ison of static pressure among three kinds of cavitation model
Kunz:
Merkle:
Schnerr-Sauer: steep
gentle
middle
σ=1.90,
turbulence model: RNG k-
condensation term
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CL, CDの比較
実験値と3種類のキャビテーションモデルを用いた計算の比較
0.0
0.5
1.0
1.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
σ[Non-dimensional]
CL
[Non
-dim
ensi
onal
]
CFD(RNGke, Kunz)CFD(RNGke, Merkle)CFD(RNGke, Schnerr)Measured (Kyushu univ.)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
σ[Non-dimensional]
CD
[Non
-dim
ensi
onal
] CFD(RNGke, Kunz)CFD(RNGke, Merkle)CFD(RNGke, Schnerr)Measured (Kyushu univ.)
乱流モデルはRNG kEpsilon
CL,CDは準定常状態後,0.4[s]間平均
CFDはbreak down が早い
Comparison of CL and CD between CFD and exp.
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Comparison of cavity ( =1.90, Merkle)
99Compar ison of void fr action among three kinds of turbulence model
k- SST RNG k-
k-kl-
Experiment
Cavity shedding is imporoved.
But cavity length is still shor t.
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Trial to improve cavity length
1010
■ Reboud Correction※
turbulence viscosity t = f( )C k2/mixed density f( ) = l (1- n + v
n=10 としてボイド率が高くなったときに乱流渦粘性をカットする.
0
200
400
600
800
1000
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Void fractionf(
)
Reboud correctiondefault
※Ref.
J.L.Reboud, et al., “Evaluation of turbulence model influence on the numerical simulations of unsteady cavitation”, Trans. of the ASME vol.125,2003.
ちょっとカスタマイズ
(九大大学院の 松成さんにご教授頂きました)
The turbulence viscosity is restricted at the area where the void fraction is high.
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Reboud Correction
Void fraction
Merkle, RNG k- , =1.90
No Reboud Correction
Trial to improve cavity length
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Re-entrant jet が出ている。
キャビ長さも長くなりましたが、やはり break downが早いです。渦粘性の弱い乱流モデルが必要と思われます。
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Discussion
Void fraction Velocity vectors
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以下はfine mesh (mesh-C) の解析結果です。
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解析結果
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カスタマイズしたソルバーを sgi 様のマシンで
実行させるにはどうしたらよいのでしょうか?
厚かましいですが、ご教示頂きたくお願い致します。
可能でしたら、
mesh-C + kOmegaSST + Reboud correction の解析を行いたいと考えています。
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v2.2.0からcavitatingDyMFoamが使えるようです!が、tutorial case はありませんでした。今後、pumpのキャビ解析をやってみたいです!!