Caviation of NACA66 hydrofoil

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1. 개요

intro
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NACA66 익형 주위의 캐비테이션 해석 검증 문제입니다.

캐비테이션 문제 검증용으로 많이 사용되는 아래 논문의 형상 및 조건을 사용하였습니다.

Viscous and Nuclei Effects on Hydrodynamic Loadings and Cavitation of NACA66(MOD) Foil section, Y.T.Shen, P.E. Dimotakis, J. Fluids Eng. sep. 1989

속도는 2.01 m/s 이며, 캐비테이션 수는 0.84 입니다.

캐비테이션 모델은 Schnerr-Sauer를 사용하였으며 계수들은 다음과 같습니다.

  • Evaporation Coefficient : 1
  • Condensation Coefficient : 1
  • Bubble Diameter : 2e-6
  • Bubble Number Density : 1.6e+9
  • Vapor pressure : 2420 Pa

2. 프로그램의 구동

프로그램 실행 후 launcher에서 ‘New Case’를 선택하고 메뉴의 File - Load Mesh - OpenFOAM에서 다운로드 받은 polyMesh 폴더를 선택한다.

‘Solver Type’은 Pressure-based, ‘Multiphase Model’은 Volume of Fluid’, Gravity는 (0 0 0)으로 설정한다.


launcher 설정


3. General

Time 을 Transient로 변경하고 나머지는 디폴트를 사용한다.


General 설정

4. Models

디폴트 난류 모델인 $standard$ $k-\epsilon$ 을 사용한다.

5. Materials

본 예제는 이상유동이므로 두 개의 유체가 필요하다. Material Configuration 부분의 상단 오른쪽의 (+)를 누르면 유체를 추가할 수 있다. waterLiquid와 waterVapor를 추가한다.


Materials 설정

6. Cell Zone Conditions

Cell Zone Conditions에는 region0가 있다.(multi-region일 때는 여러개의 region이 표시된다.) region의 유체를 설정한다. region0를 더블 클릭하면 설정창이 열린다. Primary Material은 waterVapor, Secondary material은 waterLiquid로 지정한다. Surface Tension은 0.07을 사용한다.

Cavitation 옵션을 켠다. Model은 Schnerr-Sauer를 선택하고 Vaporization Pressure는 2430을 입력한다. Model Constants 는 다음의 값을 사용한다.

  • Evaporation Coefficient : 1
  • Condensation Coefficient : 1
  • Bubble Diameter : 2.0e-06
  • Bubble Number Density : 1.6e+9


Cell Zone Conditions 설정

7. Boundary Conditions

경계조건은 다음과 같이 설정한다.

  • B_INLET
    • type : Velocity Inlet
    • Velocity Magnitude : 2.01
    • Turbulent Intensity : 1
    • Turbulent Viscosity Ratio : 10
    • Volume Fraction(water) : 1


water-in 경계조건

  • B_OUTLET
    • type : Pressure Outlet
    • Pressure : 4113.788


water-in 경계조건

  • B_SYM
    • type : Symmetry
  • FOIL_DOWN, FOIL_UP
    • type : Wall
  • EMPTY
    • type : Empty

8. Numerical Conditions

수치해석 조건은 다음과 같이 설정한다.

  • Pressure-Velocity Coupling Scheme : SIMPLE(디폴트)

  • Use Momentum Predictor : On(디폴트)

  • Discretization Schemes
    • Time : First Order Implicit
    • Pressure : Momentum Weighted Reconstruct
    • Momentum : Second Order Upwind
    • Turbulence : First Order Upwind
    • Volume Fraction : Second Order Upwind

  • Under-Relaxation Factors : 디폴트 값 사용

  • Improve Stability : Off(디폴트)

  • Max Iteration per Time Step : 10

  • Number of Correctors : 2

  • Multiphase와 Convergence Criteria : 디폴트 사용


Numerical Conditions

9. Initialization

초기조건은 다음과 같이 입력한다.

  • velocity : (2.01 0 0)
  • Pressure : 4113.788
  • Scale of Velocity : 2.01
  • Turbulent Intensity : 1
  • Turbulent Viscosity Ratio : 10
  • Volume Fraction(water) : 1


초기조건 설정

하단의 Initialize 버튼을 클릭한 후, File - Save 버튼을 클릭하여 설정을 저장한다.

10. Run Conditions & Run

Run Conditions 에서 다음과 같이 설정 후 계산을 진행한다.

  • Time Stepping Method : Fixed
  • Time Step Size : 0.01
  • End time : 10
  • Save Interval : 0.5

병렬연산을 위해서는 메뉴의 Parallel을 실행하고 원하는 CPU 코어 개수를 입력한다.

‘Start Calculation’ 버튼을 눌러 계산을 시작한다.

11. 후처리

External tools의 paraview 버튼을 클릭하여 paraview를 실행한다.

병렬로 계산했다면 Case Type을 Decomposed Case로 변경한다.

Coloring을 p_rgh 혹은 alpha.waterLiquid를 선택하면 압력과 체적분율을 확인할 수 있다.

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하이드로포일 표면의 압력데이터를 얻으려면 원하는 경계면(FOIL-UP)만 선택하고, 메뉴의 File-Save Data를 실행하면 csv 형식의 데이터 파일을 얻을 수 있다.