This slide is a trail CHT analysis for relatively complex bodies with chtMultiRegionFoam which is an solver of OpenFOAM. Two methods to make mesh are explained.

1. chtMultiRegionFoamについて
moritam51@gmail.com
2021/1/31 1

2. はじめに
2021/1/31 2
• preCICEのConjugated Heat Transfer（以下CHT）の例題をやった後、そもそも
openFOAMはCHT用のソルバーはいろいろあるので、preCICEで連携する必
要があるのかと思いchtMultiRegionFoamを調査
• openFOAMのtutorialは簡単な形状のものばかり。メッシュ作成では実際の
複雑なヒーターや熱交換器などの参考にならない。
• 藤井氏のtreeFoamの使用方法に複雑な形状に利用できるメッシュ作成方法
があるのでそれを参考に例題を実施
• また、tutorialのsnappyMultiRegionHeaterの方法に基づいたメッシュ作成方
法についても試してみた

3. 支配方程式
2021/1/31 3
chtMultiRegionFoamは定常および非定常流れと固体熱伝達用ソル
バー.浮力、乱流、反応、熱放射を含む多領域を連成
openFoamWikiより
エネルギー方程式
（問題によって内部エネル
ギーかエンタルピーを選択）
化学種の保存式
連続の式
運動方程式
流体
固体 エネルギー方程式
温度境界条件
（熱放射がない場合）
熱放射
熱放射
反応
浮力

4. chtMultiRegionFoam.cの一部
2021/1/31 4
// --- PIMPLE loop
while (pimples.loop())
{
forAll(fluidRegions, i)
{
Info<< "nSolving for fluid region "
<< fluidRegions[i].name() << endl;
#include "setRegionFluidFields.H"
#include "solveFluid.H"
}
forAll(solidRegions, i)
{
Info<< "nSolving for solid region "
<< solidRegions[i].name() << endl;
#include "setRegionSolidFields.H"
#include "solveSolid.H"
}
}

5. 2021/1/31 5
compressible::turbulentTemperatureCoupledBaffleMixed
this->refValue() = nbrIntFld(); // This is T_s
this->refGrad() = 0.0;
this->valueFraction() = nbrKDelta()/(nbrKDelta() + myKDelta()); This is kappa*Delta
Understanding temperature coupling BCs -- CFD Online Discussion Forums (cfd-online.com)
流体セルの中心温度
流体セルの境界面温度

6. 例題:multiRegionHeater_test
2021/1/31 6
80mm
air
80mm×40mm×40mm
inW
U=1m/s
T=300K
outW
heaterW
gradT=500
sideW
heater
6φ×20mm
Cu
laminar treeFoamのtutorialを参考
<region>
air, heater
<boundary>
inW, outW, sideW,
heater,heaterW
<time>
startTime=0
endTime=1
maxCo=0.5

7. ケース作成流れ
2021/1/31 7
1. 雛形ケース
=/heatTransfer/chtMultiRegionFoam/multiRegionHeater
2. メッシュ作成
3. regionフォルダと必要ファイル作成（air,heater)
4. regionProperties修正
5. changeDictionaryDictの修正
6. spilitMeshRegionsの実行
7. changeDictionaryの実行
regions
(
fluid (air)
solid (heater)
);

8. mesh作成方法
2021/1/31 8
1. stlファイル作成
<cellZones> air.stl, heater.stl
<patch> inW.stl, outW.stl, sideW.stl, heaterW.stl
<fineRefions＞fineRig.stl
sideW.stlはheaterW.stlの部分が抜けている
2. /system/blockMeshDict作成
air.stlを囲む大き目の直方体を作成
3. /system/snappyHexMesh作成
cellZone faceZoneを設定
4. blockMesh実行
5. snappyHexMesh実行
6. modelフォルダを作成
7. 作製したpolyMeshをmodelに格納
outW.stl
inW.stl
fineRig.stl
heaterW.stl
sideW.stl
snappyHexMeshで
cellZoneを設定可能

9. mesh
2021/1/31 9
14516cells

10. /system/air/changeDictionaryDict
2021/1/31 10
U
{
internalField uniform (1.0 0 0);
boundaryField
{
".*"
{
type fixedValue;
value uniform (0 0 0);
}
inW
{
type fixedValue;
value uniform (1.0 0 0);
}
outW
{
type inletOutlet;
inletValue uniform (1.0 0 0);
value uniform (1.0 0 0);
}
}
}

11. /system/air/changeDictionaryDict
2021/1/31 11
T
{
internalField uniform 300;
boundaryField
{
".*"
{
type zeroGradient;
}
inW
{
type fixedValue;
value uniform 300;
}
outW
{
type inletOutlet;
inletValue uniform 300;
value uniform 300;
}
"air_to_.*"
{
type compressible::turbulentTemperatureCoupledBaffleMixed;
Tnbr T;
kappaMethod fluidThermo;
value uniform 300;
}
}
}

12. /system/air/changeDictionaryDict
2021/1/31 12
p_rgh
{
internalField uniform 1e5;
boundaryField
{
".*"
{
type fixedFluxPressure;
gradient uniform 0.0;
value uniform 1e5;
}
outW
{
type fixedValue;
value uniform 1e5;
}
}
}
p_rghでinWにfixedValue,outWをzeroGradientに
設定すると計算が不安定

13. /system/heater/changeDictionary
2021/1/31 13
T
{
internalField uniform 300;
boundaryField
{
".*"
{
type zeroGradient;
value uniform 300;
}
"heater_to_.*"
{
type compressible::turbulentTemperatureCoupledBaffleMixed;
Tnbr T;
kappaMethod solidThermo;
value uniform 300;
}
heaterW
{
type fixedGradient;
gradient uniform 500;
value uniform 300;
}
}
}

14. Allrun.pre
2021/1/31 14
#!/bin/sh
cd "${0%/*}" || exit # Run from this directory
. ${WM_PROJECT_DIR:?}/bin/tools/RunFunctions # Tutorial run functions
#------------------------------------------------------------------------------
# Restore initial fields
restore0Dir ←0フォルダ生成
cp -r ./model/polyMesh ./constant/polyMesh ←メッシュデータの複製
runApplication splitMeshRegions -cellZones –overwrite ←領域分割
# Remove fluid fields from solid regions (important for post-processing) ←solid領域での流体ファイル削除
for region in $(foamListRegions solid)
do
rm -f 0/$region/{nut,alphat,epsilon,k,U,p_rgh}
rm -f processor*/0/$region/{nut,alphat,epsilon,k,U,p_rgh}
done
# ChangeDictionary ←0フォルダファイルの書換
for region in $(foamListRegions)
do
runApplication -s $region changeDictionary -region $region
done

15. 計算結果
2021/1/31 15
Tmax=305.4K
ExecutionTime=151.79sec
$paraFoam -builtin

16. mesh作成方法（その２）
2021/1/31 16
1. stlファイル作成
heater.stl fineRig.stl(fine region)
2. /system/blockMeshDict作成
80mm×40mm×40mmの領域.
境界条件inW, outW, sideWを設定
3. /system/snappyHexMesh作成
inlocationsを利用
4. blockMesh実行
5. snappyHexMesh実行
6. modelフォルダを作成
7. 作製したpolyMeshをmodelに格納
fineRig.stl
heater.stl
locationsInMesh
(
((0 0 0.0101) heater)
((0 0 0.0301) air)
);

17. snappyHexMeshDictの一部
2021/1/31 17
geometry
{
fineReg.stl
{
type triSurfaceMesh;
name fineReg;
}
heater.stl
{
type triSurfaceMesh;
name heater;
}
};
features
(
{
file "heater.eMesh";
level 2;
}
);
refinementSurfaces
{
heater
{
level (2 2);
}
}
refinementRegions
{
fineReg
{
levels (( 1E5 2 ));
mode inside;
}
heater
{
levels (( 1E5 2 ));
mode inside;
}
}
locationsInMesh
(
((0 0 0.0101) heater)
((0 0 0.0301) air)
);
領域内にrefinementSurfaceを作っておく

18. system/heater/changeDictionaryDict
2021/1/31 18
T
{
internalField uniform 300;
boundaryField
{
"heater_to_.*"
{
type compressible::turbulentTemperatureCoupledBaffleMixed;
Tnbr T;
kappaMethod solidThermo;
value uniform 300;
}
heater
{
type fixedGradient;
gradient uniform 500;
value uniform 300;
}
}
}

19. mesh
2021/1/31 19
locationsInMesh利用
14516cells
cellZone,faceZone指定
14516cells

20. 計算結果
2021/1/31 20
Tmax=305.4K
ExecutionTime=151.79sec
ExecutionTime=164.67sec
Tmax=305.4K
locationsInMesh
cellZone,faceZone

21. 参考
2021/1/31 21
AboutTreeFoam - OpenCAE Users Wiki (gifu-nct.ac.jp)
ChtMultiRegionFoam - OpenFOAMWiki