Subsonic Turbulent Cavity Flow
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1. 개요
아음속 2차원 cavity 유동을 계산하는 예제이다.
형상과 유동 조건은 다음과 같다.
- L/D = 2 (Cavity의 길이와 높이의 비율)
- Mach Number = 0.6
- Reynolds Number = 2.75e+5
- Prandtl Number = 0.7
격자는 matlab으로 만든 plot3d 형식의 격자를 변환하였다.
솔버는 넥스트폼이 개발한 압력기반 열유동 해석 솔버인 buoyantPimpleNFoam을 사용한다.
출구와 상면의 경계조건은 압력파의 반사가 없는 waveTransmissive(non-reflecting) 조건을 사용한다.
계산 조건은 다음과 같다.
- solver : buoyantPimpleNFoam (넥스트폼이 개발한 비정상상태 열유동 해석 솔버)
- 난류 모델 : $SST$ $k-\omega$ 모델
- 밀도 : Perfect Gas
- 입구 온도 : 300 K
- 입구 압력 : 101325 Pa
2. 프로그램의 구동 및 격자
프로그램 실행 후 launcher에서 ‘New’를 선택한다. Launcher에서 ‘Solver Type’은 Pressure-based를, ‘Multiphase Model’은 None을 선택한다.
격자는 주어진 polyMesh 폴더를 활용한다. 상단 탭에서 File - Load Mesh - OpenFOAM을 순서대로 클릭하고 polyMesh 폴더를 선택한다.
3. General
본 예제에서는 Transient 조건을 사용한다. 중력은 고려하지 않고 Operating Pressure는 101325를 사용한다.
4. Models
난류 모델은 $SST$ $k-\omega$ 모델을 사용한다.
Energy를 include한다.
5. Materials
물성치는 다음과 같이 설정한다.
- Density : Perfect Gas
- Specific heat : 1006
- Viscosity : 0.00178 (Reynolds 수를 맞추기 위한 값)
- Thermal Conductivity : 2.562 (Prandtl 수를 맞추기 위한 값)
- Molecular Weight : 28.966
6. Boundary Conditions
아래와 같이 경계면 타입과 경계값을 설정한다.
- inlet : Velocity Inlet
- Velocity Specification Method : Magnitude, Normal to Boundary
- Velocity Magnitude : 208.31
- Turbulence Specification Method : Intensity and Viscosity Ratio
- Turbulent Intensity : 1
- Turbulent Viscosity Ratio : 10
- Temperature : 300
- outlet, top : Pressure Outlet
- Total Pressure : 0
- Non-Reflecting Boundary 옵션 사용
- cavityFront, cavityBottom, cavityRear, frontBottom, rearBottom : Wall
- Velocity Condition : No Slip
- frontPlane, backPlane : Empty
7. Numerical Conditions
다음과 같이 설정한다.
Pressure-Velocity Coupling : SIMPLE
- Discretization Schemes
- Time : Second Order Implicit
- Pressure : Momentum Weighted Reconstruct
- Momentum, Energy, Turbulence : Second Order Wpwind
Max Iteration per Time Step : 20
Number of Correctors : 2
- Under-Relaxation Factors
- Pressure : 0.3 / 1
- Momentum, Turbulence : 0.7 / 1
- Energy, Density : 1 / 1
9. Monitoring
본 예제에서는 cavity 중앙의 점에서 압력을 모니터링한다. Add - Point를 선택한다.
좌표는 (0 -0.5 0.25)를 입력한다.
10. Initialization
초기조건은 다음과 같이 설정한다.
- Velocity : (208.31 0 0)
- Pressure : 0
- Temperature : 300
- Scale of velocity : 208.31
- Turbulent Intensity : 1
- Turbulent Viscosity Ratio : 10
Cavity 내부의 속도를 0으로 초기화한다. Advanced - Sections에서 Create - Hex 를 선택하고 최소/최대 좌표를 (-1 -1 -1), (1 0 1)을 입력한다. Velcity를 선택하고 값은 (0 0 0)을 준다.
Initialize 버튼을 클릭한다. 그 후, File - Save 버튼을 클릭하여 case 파일을 저장한다.
11. Run Conditions & RUN
병렬연산을 위해서는 메뉴의 Parallel을 실행하고 원하는 CPU 코어 개수를 입력한다.
Run Conditions에서 다음과 같이 설정 후 계산을 진행한다.
- Time Stepping Method : Fixed
- Time Step Size : 1e-5
- End Time : 0.5
- Save Interval : Every 0.002 sec
12. 후처리
External tools의 paraivew 버튼을 클릭하여 실행한다.
Coloring을 U로 선택하면 다음과 같은 그림을 확인할 수 있다.