エビの周りの流れを解析してみた

2020年12月19日 13:08

フリー素材のエビをOpenFOAM-v19112で解析してみました。

解析したときにはまったことや、覚えていないために毎回調べていることをこの際なので備忘録としてまとめておこうと思う。

cfMesh

stlを特徴線を角度により抽出しfmsに変換する。
model.stlを角度10度で特徴線を抽出しmodel.fmsに変換するコマンド

surfaceFeatureEdges -angle 10 mode.stl model.fms

モデルによってはstlのままcfMeshを実行した方がメッシュ品質が良い場合がある。今回はfmsに変換せずstlのまま利用した。

renameBoundaryのnewPatchNamesがチュートリアルファイルの記述と異なる。
newTypeは間違いでtypeを用いる。

renameBoundary
{
   defaultName      Shrimp;
   defaultType        wall;
   newPatchNames
   {
       Inlet
       {
           newName     Inlet;
           type     patch;
       }
       Outlet
       {
           newName     Outlet;
           type     patch;
       }
   }
}

transportProperties

粘性係数は動粘性係数を用いる（simpleFoamの場合）fvSolution/SIMPLE

fvSolution/SIMPLE

収束判定値の設定

SIMPLE
{
   nNonOrthogonalCorrectors 0;
   consistent      yes;
   residualControl
   {
       p               1e-3;
       U               1e-3;
       "(k|epsilon|omega|f|v2)" 1e-3;
   }
}

緩和係数の設定

relaxationFactors
{
   fields
   {
       p               0.3;
   }
   equations
   {
       U               0.7;
       "(k|epsilon|omega|R)" 0.7;
   }
}

controlDict

残差の出力

すべて出力

functions
{
   residuals
   {   
       type            solverInfo;
       libs            ("libutilityFunctionObjects.so");
       fields          (".*");
   }
}

変数を指定して出力。何も指定しなければU,pのみ出力される。

functions
{
   #includeFunc residuals(U,p,k,epsilon)
}

一般的な乱流解析の出力

functions
{
   residuals
   {   
       type            solverInfo;
       libs            ("libutilityFunctionObjects.so");
       fields          (U p k epsilon omega);
   }
}

decomposeParDict

領域分割の記述。効率的な領域分割をすればもっと早く計算できるかもしれないが、1秒でも早くしようと思わないので、設定の簡単なscotchを使う。領域4分割の例。

numberOfSubdomains 4;
method          scotch;

並列計算の実行

4コアでsimpleFoamの計算実行コマンド

mpirun -np 4 simpleFoam -parallel

残差のモニター

foamMonitor -r 1 -l postProcessing/residuals/0/solverInfo.dat

解析結果

エビは泳ぐときに尻尾が曲がっていないので、流れが剥離せず抵抗を受けにくい形状ということがわかる。止まるときに尻尾を曲げて剥離渦を発生させて減速し、上下に移動する。また尻尾の甲羅の段差は、尻尾を曲げる機能と共に前面の層流境界層を乱流境界層に遷移させ剥離を起こりにくくし抵抗を小さくしていると考えられる。

エビが受ける圧力分布

エビの周りの流線