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圧力係数の計算 pressureTools
totalPressure
{
type
functionObjectLibs
outputControl
calcTotal
calcCoeff
pInf
UInf
rhoName
rhoInf
}
pressureTools;
( "libutilityFunctionObjects.so" );
outputTime;
false;
true;
231.5; // unit: [Pa]
(25.75 3.62 0); // unit: [m/s]
rhoInf;
1.2;
圧力係数を算出する場合
“calcTotal” を false に設定
“calcCoeff” を true に設定
非圧縮性ソルバーでの密度の
設定
• rhoName rhoInf;
• rhoInf 1.2; //密度 (定数)
圧力係数
𝐶 𝑝 =
𝜌𝑝 − 𝑝∞
1
2
𝜌𝑈∞
2
= 1 −
𝑢
𝑈∞
2
圧力 𝑝 と流束 𝒖 は計算結果から得られます．rhoInf
pInf
UInf](https://image.slidesharecdn.com/openfoamfunctionobject20140429-140429084742-phpapp02/75/OpenFOAM-Function-Object-19-2048.jpg)
Uploaded byFumiya Nozaki
OpenFOAM の Function Object 機能について
OpenFOAM の便利な機能の１つである Function Object についてまとめていきます！
OpenFOAM の Function Object 機能について
- 1. Fumiya Nozaki 最終更新日: 2014年5月24日 FunctionObject OpenFOAM v2.3.0 日本語版 Keywords： • OpenFOAM • Function Object
- 2. 2 Function Object FunctionObject でできること OpenFOAM に付属のそれぞれのソルバーを実行しながら， • 流量の計算 • 変数の最大・最小値の計算 • 力，トルクの計算 • 抗力係数，揚力係数，トルク係数の計算 • 断面データの生成 • 境界データの生成 など を行うことができます． その他たくさん！今後，逐次追記していきます． 資料中の数式や設定は，非圧縮性流れに関する記述になっています． 圧縮性流れの場合には，適宜読み換えてご使用ください． 注意
- 3. 3 Function Object の設定方法 設定は，system ディレクトリ内の controlDict ファイルに記述します． FoamFile { version 2.0; format ascii; class dictionary; location "system"; object controlDict; } // ************************************* // application simpleFoam; startFrom latestTime; startTime 0; stopAt endTime; endTime 1000; deltaT 1; writeControl timeStep; writeInterval 50; purgeWrite 0; writeFormat ascii; writePrecision 6; writeCompression off; timeFormat general; timePrecision 6; runTimeModifiable true; functions { } Function Object の設定 １つの計算中に使用できる Function Object の数に 制限はありません．
- 4. 4 流量の計算 outletFlux { type functionObjectLibs enabled outputControl log valueOutput surfaceFormat source sourceName operation fields } faceSource faceSource; ("libfieldFunctionObjects.so"); true; outputTime; true; true; null; patch; outlet; sum; (phi); “sourceName” で指定した 『outlet』という名前の境界上で “fields” に指定した流束『phi』を 足し合わせることで出口の流量を計 算しています． 流入境界では，phiの符号が負のた め流量の符号が負になります． functions {} の括弧の中に以下のように記述します．次ページ以降も同様． 使用する Function Object のタイプ 抽出するデータに付ける名前です．任意の名前が使用できます． 抽出されたデータは，postProcessing ディレクトリの中に保存されます． この例では， postProcessing/outletFlux ディレクトリ にデータが保存されます． 注意
- 5. 5 計算領域全体の流量の収支 totalFlux { type fieldValueDelta; functionObjectLibs ("libfieldFunctionObjects.so"); operationadd; source1 { type faceSource; functionObjectLibs ("libfieldFunctionObjects.so"); enabled true; outputControl outputTime; log true; valueOutput true; surfaceFormat null; source patch; sourceName outlet; operation sum; fields (phi); } source2 { type faceSource; functionObjectLibs ("libfieldFunctionObjects.so"); enabled true; outputControl outputTime; log true; valueOutput true; surfaceFormat null; source patch; sourceName inlet; operation sum; fields (phi); } } fieldValueDelta 入口と出口が１つずつある場合， ２つのタイプの Fuction object • “fieldValueDelta” • “faceSource” を組み合わせることで系全体の流量の 収支を計算することができます． この例では， source1 で出口 (outlet) の流量を計 算し，source2 で入口 (inlet) の流量 を計算し，それらを足し合わせていま す (operation add;)．
- 6. 6 変数の最大値・最小値の計算 minMax { // Type offunctionObject type // Where to load it from (if not already in solver) functionObjectLibs // Function object enabled flag enabled // Log to output (default: false) log // Write information to file (default: true) write // Fields to be monitored - runTime modifiable fields ( U p ); } fieldMinMax fieldMinMax; ("libfieldFunctionObjects.so"); true; true; true; “fields” に指定した変数 の最大値・最小値を計算 することができます． セル中心値だけではなく 境界値も含めた値が 算出されます．
- 7. 7 力とトルクの計算 forces forces { type functionObjectLibs outputControl timeInterval log patches pName UName rhoName log rhoInf CofR } forces; ( "libforces.so"); timeStep; 1; yes; ( motorBikeGroup ); p; U; rhoInf; true; 1; (0 0 0); 力の計算に使用される設定項目 𝑭 = 𝜌 𝒏 ∙ 𝑝𝑰 − 𝜈 𝛻𝒖 + 𝛻𝒖 𝑇 𝑑𝑆 𝑆 patches rhoInf pName UName “forces” タイプを使用することで， 物体に作用する流体力とトルクの計算が できます． 非圧縮性のソルバーで使用する場合には， 左のように密度を設定します： • rhoName rhoInf; • rhoInf 1; //密度 (定数) まずは，力の計算を見てみましょう．
- 8. 𝝉 = 𝜌𝒓 − 𝒓0 × 𝒏 ∙ 𝑝𝑰 − 𝜈 𝛻𝒖 + 𝛻𝒖 𝑇 𝑑𝑆 𝑆 8 力とトルクの計算 forces forces { type functionObjectLibs outputControl timeInterval log patches pName UName rhoName log rhoInf CofR } forces; ( "libforces.so" ); timeStep; 1; yes; ( motorBikeGroup ); p; U; rhoInf; true; 1; (0 0 0); トルクの計算に使用される設定項目 patches CofR pName UName “forces” タイプを使用することで， 物体に作用する流体力とトルクの計算が できます． 非圧縮性のソルバーで使用する場合には， 左のように密度を設定します： • rhoName rhoInf; • rhoInf 1; //密度 (定数) 次に，トルクの計算を見てみましょう．
- 9. 設定項目 ”log”で yes や true を設定した場合には，標準出力に下記に示す ような出力があります． 力およびトルクそれぞれについて，圧力 (pressure)，せん断応力 (viscous)， ポーラスメディア (porous) からの寄与に分けて出力されます． 力とトルクはともにベクトル量なので，() 内に左から順番に X，Y，Z 方向 成分が出力されます． 9 力とトルクの計算 forces forces forces output: sum of forces: pressure : (3.19519479621e-07 -3.39283827297e-10 2.91694224797e-07) viscous : (8.61541020438e-08 -9.18181827176e-11 2.88570744872e-07) porous : (0 0 0) sum of moments: pressure : (-2.16036092974e-12 -3.91033482698e-11 2.73917236771e-12) viscous : (-7.83296928941e-11 -2.16231108031e-07 -8.21346879764e-11) porous : (0 0 0) 力 トルク
- 10. 10 抗力係数，揚力係数，トルク係数の計算 forceCoeffs forceCoeffs1 { type functionObjectLibs outputControl timeInterval log patches pName UName rhoName log rhoInf CofR liftDir dragDir pitchAxis magUInf lRef Aref } forces; ( "libforces.so"); timeStep; 1; yes; ( motorBikeGroup ); p; U; rhoInf; true; 1; (0 0 0); (1 0 0); (0 0 1); (0 1 0); 1; 1; 1; “forceCoeffs” タイプを使用することで， 物体に作用する流体力とトルクを無次元化 した係数値の計算ができます． “forces” の場合に比べて，左の設定の “liftDir” 以下６つの設定が追加で必要です． 抗力，揚力係数の計算を見てみましょう． 𝐶 𝑑 = 𝑭 ∙ 𝒆 𝑑 1 2 𝜌𝑈2 𝑆 抗力係数 揚力係数 𝐶𝑙 = 𝑭 ∙ 𝒆𝑙 1 2 𝜌𝑈2 𝑆 dragDir liftDir magUInf Aref
- 11. 11 抗力係数，揚力係数，トルク係数の計算 forceCoeffs forceCoeffs1 { type functionObjectLibs outputControl timeInterval log patches pName UName rhoName log rhoInf CofR liftDir dragDir pitchAxis magUInf lRef Aref } forces; ( "libforces.so"); timeStep; 1; yes; ( motorBikeGroup ); p; U; rhoInf; true; 1; (0 0 0); (1 0 0); (0 0 1); (0 1 0); 1; 1; 1; “forceCoeffs” タイプを使用することで， 物体に作用する流体力とトルクを無次元化 した係数値の計算ができます． “forces” の場合に比べて，左の設定の “liftDir” 以下６つの設定が追加で必要です． トルク係数の計算を見てみましょう． 𝐶 𝑚 = 𝝉 ∙ 𝒆 𝑚 1 2 𝜌𝑈2 𝑙 𝑆 トルク係数 pitchAxis magUInf Aref lRef
- 12. 12 抗力係数，揚力係数，トルク係数の計算 forceCoeffs 設定項目”log” で yes や true を設定した場合には，標準出力に下記に示す ような出力があります． Cl(f) および Cl(r) は次の量を表します． • Cl(f) = Cl/2.0 + Cm • Cl(r) = Cl/2.0 - Cm forceCoeffs forceCoeffs1 output: Cm = -4.32540422758e-07 Cd = 1.16052993934e-06 Cl = 8.11347163329e-07 Cl(f) = -2.68668410934e-08 Cl(r) = 8.38214004422e-07 Cm Cd Cl ：トルク係数 ：抗力係数 ：揚力係数 forceCoeffs.C 223～224 行
- 13. 13 抗力係数，揚力係数，トルク係数の計算 forceCoeffs binData { nBin 20; direction(1 0 0); cumulative yes; } patches を方向 (direction) に等分割 (分割数：nBin) して，それぞれの部 分の各係数を出力することができます． direction nBin 分割 • cumulative = no 各部分の係数がそれぞれ出力されます． • cumulative = yes 係数が分割方向の正方向に足されて 出力されます． Release Note v2.2.0
- 14. 14 (可視化用) 断面データの生成 cuttingPlane { type functionObjectLibs outputControl surfaceFormat fields interpolationScheme surfaces ( yNormal { type planeType pointAndNormalDict { basePoint normalVector } interpolate } ); surfaces surfaces; ("libsampling.so"); outputTime; vtk; ( pU ); cellPoint; cuttingPlane; pointAndNormal; (0 0 0); (0 0 1); true; “fields” の項目に指定した変数について， 断面上の値のデータを VTK 形式で出力 することができます． 左の設定では，断面の位置を • 断面上の点 (“basePoint”) • 断面の法線方向 (“normalVector”) で指定しています． 最適化計算の場合のようにたくさんの 計算を実行する場合や予め見たい断面 が決まっている場合には可視化の処理 を簡略化できるため便利です． 可視化例は16ページをご覧ください．
- 15. 15 (可視化用) 境界データの生成 Patch { type functionObjectLibs outputControl surfaceFormat fields interpolationScheme surfaces ( rotor { type patches interpolate } ); } surfaces surfaces; ("libsampling.so"); outputTime; vtk; ( pU ); cellPoint; patch; 1(rotor); true; “fields” に指定した変数 (流速 U と圧力 p) について，”patches” に指定した 境界上の値のデータを VTK 形式で出力 することができます． 可視化例は16ページをご覧ください．
- 16.
- 17. ２つのオプション (calcTotal，calcCoeff)の値の組み合わせにより，出力す る変数を４通りコントロールしています． • total(p) の出力については，１８ページをご覧ください． • static(p)_coeff の出力については，１９ページをご覧ください． 17 pressureTools 概要 FALSE TRUE FALSE static(p) static(p)_coeff TRUE total(p) total(p)_coeff calcTotal calcCoeff pressureTools
- 18. 18 全圧の計算 totalPressure { type functionObjectLibs outputControl calcTotal calcCoeff pRef rhoName rhoInf } pressureTools; ( "libutilityFunctionObjects.so" ); outputTime; true; false; 101325; rhoInf; 1.2; 全圧を算出する場合 “calcTotal” を true に設定 “calcCoeff”を false に設定 非圧縮性ソルバーでの密度の 設定 • rhoName rhoInf; • rhoInf 1.2; //密度 (定数) pressureTools 𝑝𝑡 = 𝑝 𝑟𝑒𝑓 + 𝜌𝑝 + 1 2 𝜌𝑢2 全圧 pRef rhoInf 圧力 𝑝 と流束 𝒖 は計算結果から得られます．
- 19. 19 圧力係数の計算 pressureTools totalPressure { type functionObjectLibs outputControl calcTotal calcCoeff pInf UInf rhoName rhoInf } pressureTools; ( "libutilityFunctionObjects.so"); outputTime; false; true; 231.5; // unit: [Pa] (25.75 3.62 0); // unit: [m/s] rhoInf; 1.2; 圧力係数を算出する場合 “calcTotal” を false に設定 “calcCoeff” を true に設定 非圧縮性ソルバーでの密度の 設定 • rhoName rhoInf; • rhoInf 1.2; //密度 (定数) 圧力係数 𝐶 𝑝 = 𝜌𝑝 − 𝑝∞ 1 2 𝜌𝑈∞ 2 = 1 − 𝑢 𝑈∞ 2 圧力 𝑝 と流束 𝒖 は計算結果から得られます．rhoInf pInf UInf
- 20. 20 圧力係数の計算 pressureTools よどみ点において 𝐶 𝑝= 0 主流より流速が大きい場所で 𝐶 𝑝 < 0
- 21. 21 Doxygen ドキュメントの活用 Doxygenドキュメントを活用することで， Function Object の設定に関する情報にアクセスできます． Doxygen ドキュメントの使用方法は，春日様のページをご覧ください． 検索例）fieldMinMax