The document discusses the performance evaluation of the interfoam solver for openfoam, focusing on simulations of gas-liquid interfacial capture. Various methods, including isoadvector, plic, and mlic, were assessed through calculations involving laplace pressure and droplet motion, with limited success in accuracy improvements using adaptive mesh refinement. Results indicated that interisofoam provided slightly better performance, though discrepancies with theoretical values were observed.

1. interFoamの界面捕獲性能
の検討
moritam51@gmail.com
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2. はじめに
• openFOAMの気液２相の界面捕獲シミュレーションをす
るsolverとしてinterFoamがある
• ２次元ラプラス圧と液滴の円運動の計算を行い,通常の
MULESによる手法,IsoAdVector法,PLIC法,MLIC法を性能評
価した.
• なお,IsoAdVector法はOpenFOAM v2106,PLIC/MPLICについ
てはOpenFOAM9を使用した.
• 精度向上を目的としてAMRも試してみたが失敗
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3. 使用方法
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＃PLIC
div(phi,alpha) Gauss interfaceCompression vanLeer 1;
＃MPLIC
div(phi,alpha) Gauss MPLIC;
OpenFOAM9の/system/fvshemesの変更
OpenFOAM v2106のIsoAdVector法の使用法
＄interIsoFoam

4. 2次元ラプラス圧
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𝑝𝑜
𝑝𝑖
𝑅
𝑑𝜃
𝜎
𝜎
𝑝𝑖 − 𝑝𝑜 ∙ 𝑅 ∙ 𝑑𝜃
𝑝𝑖 − 𝑝𝑜 ∙ 𝑅 ∙ 𝑑𝜃 = 𝜎 ∙ 𝑑𝜃
𝑝𝑖 − 𝑝𝑜 =
𝜎
𝑅
ラプラス圧
 表面張力によって界面で圧力ジャンプが発生
 半径が小さいほどラプラス圧が大きくなる

5. 空気中の水滴２次元ラプラス圧
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半径 R＝0.5mm
計算領域 2mm角
項目 仕様
CPU intel core5-6500 4cores
Memory 10GBytes
Disk 100GBytes
OS Vmware Ubuntu 20.04
項目 記号 単位 数値
水滴密度 𝜌𝐿 kg/m3 1000
空気密度 𝜌𝐺 kg/m3 1.2
水動粘度 𝜇𝐿 m2/s 1.0e-3
空気動粘度 𝜇𝐺 m2/s 1.8e-5
表面張力 𝜎 N/m 0.073
endTime=1msec, maxCo=0.2
𝑃𝐿𝑎𝑝𝑙𝑎𝑐𝑒 =
𝜎
𝑅
= 146𝑃𝑎

6. Case
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Case version solver Δ mesh Execution Time [s] Laplus P [Pa]
1 9 interFoam 0.1mm 1602=25600 41 130
2 9 interFoam PLIC ↑ ↑ 65 126
3 9 interFoam MLIC ↑ ↑ 66 127
4 v2106 interFoam ↑ ↑ 40 129
5 v2106 interIsoFoam ↑ ↑ 55 128
6 9 interFoam 0.05mm 3202=102400 564 120
7 9 interFoam/PLIC ↑ ↑ 935 124
8 9 interFoam/MLIC ↑ ↑ 911 124
9 v2106 interFoam ↑ ↑ 547 121
10 v2106 interIsoFoam ↑ ↑ 874 132
分解能をよいinterIsoFoamが最もよいが、それほどかわらない。
理論解と１~２割程度の誤差がある

7. 2021/10/24 7
1:interFoam9 2:interFoam9/PLIC 3:interFoam/MPLIC 4:interFoam 5:interIsoFoam
高精度ソルバーで人口的な擾乱spurious currentは大きい

8. 2021/10/24 8
6:interFoam9 7:interFoam9/PLIC 8:interFoam/MPLIC 9:interFoam 10:interIsoFoam
詳細メッシュの方がspurious currentは大きい

9. ２次元ラプラス圧（表面張力が小さい場合）
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直径2mm
計算領域4mm角
項目 仕様
CPU intel core5-6500 4cores
Memory 10GBytes
Disk 100GBytes
OS Vmware Ubuntu 20.04
項目 記号 単位 数値
水滴密度 𝜌𝐿 kg/m3 1000
空気密度 𝜌𝐺 kg/m3 1.2
水動粘度 𝜇𝐿 m2/s 2.0e-3
空気動粘度 𝜇𝐺 m2/s 1.8e-5
表面張力 𝜎 N/m 0.001
endTime=10msec, maxCo=0.2

10. Case
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Case version solver mesh Execution Time [s] Laplus P [Pa]
1 9 interFoam 3202=102400 112.5 1.678
2 9 interFoam PLIC ↑ 130.21 1.775
3 v2106 interFoam ↑ 112.4 1.688
4 v2106 interIsoFoam ↑ 111.04 1.739

11. alpha.liquid
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OF9:interFoam
OF9:interFoam.PLIC
OFv2106:
interFoam
OFv2106:
interIsoFoam

12. p
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OF9:interFoam
OF9:interFoam.PLIC
OFv2106:
interFoam
OFv2106:
interIsoFoam

13. U Magnitude
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OF9:interFoam
OF9:interFoam.PLIC
OFv2106:
interFoam
OFv2106:
interIsoFoam

14. setFlow
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functions
{
setFlow1
{
// Mandatory entries (unmodifiable)
type setFlow;
libs (fieldFunctionObjects);
// Mandatory entries (runtime modifiable)
mode rotation;
scale 1;
// Optional entries (runtime modifiable)
U U;
rho none;
phi phi;
reverseTime 1;
// When mode=rotation
omega 6.28318530718;
origin (0 0 0);
refDir (1 0 0);
axis (0 1 0);
}
}
controlDictに追加する
流れのテスト用にv2106には用意されている
他に任意の速度場、渦が設定できる

15. 剛体回転の比較
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interFoam interIsoFoam
v2106
setFlowで実施
R=1mm, 回転周波数＝１Hz
8mm角（80×80）
液滴径＝2mm

16. 一周後の比較
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interFoam
interIsoFoam
interIsoFoamの方が形状が保存されている

17. AMR（Adaptive Mesh Refinement）
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v2106 interIsoFoam
R=1mm, 回転周波数＝１Hz
8mm角（40×40）メッシュ減
液滴径＝2mm

18. AMR
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液滴の周りがメッシュが細かくなったが形状は悪化し、回転が速くなった
やり方がおかしいのか？