Convective Heat Transfer
Convective heat transferは、流体の温度変化によって密度変化が生じ、重力の影響で流体の循環が生じる場合に使用します。自然対流と強制対流、ふく射を扱うことができます。
図1: Convective heat transferで求めた自動車車室内温度の流線表示
SimScaleでは、簡単に対流熱伝達の解析を実施できます。解析の設定の手順を示していきます。
Convective Heat Transferシミュレーションの作成
Create Simulationから、解析の種類を選択できます。Convective Heat Transfer は、下図で矢印で表示されています。
図2: Create Simulation画面
解析タイプを選択して新たにシミュレーションを作成すると、以下のようにシミュレーションツリーが表示されます。次節からは、それぞれの設定項目の概要を紹介していきます。
図3: Convective heat transferのシミュレーションツリー
Global Settings
シミュレーションツリーの最上位に表示されるシミュレーションの名前（図3でいうと Convective heat transfer )をクリックすると、グローバル設定の設定パネルが表示されます。Convective heat transfer で設定できる項目は以下の通りです。
- Compressible (圧縮性の考慮)
- トグルのオン/オフを切り替えて、オンの場合は圧力と温度を考慮して密度変化を計算します。
- Turbulence model (乱流モデル)
- 乱流モデルを選択します。利用できる乱流モデルは以下の通りです。
- LES Smagorinsky
- LES Spalart-Allmaras
- Laminar
- k-epsilon
- k-omega SST
- 乱流モデルを選択します。利用できる乱流モデルは以下の通りです。
- Time dependency (時間依存性)
- Steady (定常) か Transient (非定常) を選択します。
- Radiation (ふく射)
- 非定常解析の場合、使用するアルゴリズムを選択します。
- Passive species (パッシブスカラーの種類)
- パッシブスカラー機能を利用して計算を行う、流れに乗る物質の数を設定します。
詳細は、こちらのページの該当する項目をご確認ください。
Geometry
解析で使用するジオメトリ(CADモデル)を選択します。Convective heat transferでは、流体領域を表す1つのジオメトリのみ使用します。解析領域内にソリッドパーツを配置することはできません。必要に応じて、CADモードの機能で流体領域ジオメトリを作成してください。（参考：流体領域を抽出するには?）
Model
重力に関する設定をします。
Global Settingsにて以下の設定を行った場合のみ以下の設定が必要です。
- 乱流モデルをLES SmagorinskyあるいはLES Spalart-Allmarasとした場合
- LESにおけるDelta coefficientを設定できます。
- Passive speciesを1以上に設定した場合 (パッシブスカラーを利用する場合)
- Turb. Schmit number (乱流シュミット数)
- Diffusion coefficients (拡散係数)
詳細は、こちらのページの該当する項目をご確認ください。
Materials
解析で使用する流体の物性を設定します。材料ライブラリから使用するものを選択してください。該当するものが標準のリストにない場合あるいは物性値を編集したい場合は、どれかひとつを選択してApplyをクリックした後に設定パネルで名前や値を編集できます。
詳細は、こちらのページの該当する項目をご確認ください。
Initial Conditions
Initial conditionsでは、解析領域内で計算する値について、計算開始時点での初期値を設定します。Convective heat transferでは、圧力 (P)、速度 (U)、温度 (T)について、解析領域全体か、その一部 (subdomain)に対して初期値を設定できます。その他、選択した乱流モデルや設定に応じて、関連した値も設定できます。
定常解析においても、想定される値に近い値をInitial conditionに設定しておくことで、計算が不安定になりにくくなります。なお、SimScaleでは実際の解析を行う前にポテンシャル流れの計算を行い、初期条件を設定する機能もございます。(Simulation controlsのPotential flow initializationで利用を切り替えられます。)
詳細は、こちらのページの該当する項目をご確認ください。
Boundary Conditions
Boundary conditions (境界条件) では、解析を行う系が周囲の環境からどのような影響を受けているかを、境界面の状態を設定することで定義します。
設定できる境界条件の詳細は、こちらのページをご確認ください。
Advanced Concepts
Advanced conceptsでは、発展的な解析条件項目の設定を行えます。Convective heat transferで利用できる項目は以下の通りです。
- Rotating zones (回転領域)
- グローバル設定で Radiation を有効にした場合は使用できません。
- Porus media (多孔質体モデル)
- Power sources (熱源モデル)
- Momentum sources (動力源モデル)
Numerics
Numericsでは、実際に方程式を数値的に解くにあたっての離散化スキームやソルバーの設定を行えます。これは、解析の安定性に影響します。ユーザーは全ての設定を変更できるようになっていますが、特段必要なければ、デフォルトの設定をご利用ください。
なお、SimScaleのConvective heat transferでは、OpenFOAM®の独自バージョンを使用しています。
詳細は、こちらのページの該当する項目をご確認ください。
Simulation Control
シミュレーションに関する全般的な設定を行います。例えば、タイムステップや解析終了時間、使用するプロセッサのコア数を設定できます。
詳細は、こちらのページの該当する項目をご確認ください。
Result Control
解析結果の追加出力項目を設定できます。下記の項目を出力するように設定できます。
- Forces and moments: 特定の面に作用する力とモーメント。
- Surface data: 特定の面における平均値・総和。
- Probe points: プローブポイントを指定して値を出力。
- Field calculations: 標準の結果出力に追加して出力する分布データを設定します。
詳細は、こちらのページの該当する項目をご確認ください。
Mesh
流体の動きを数値的に解くために、解析領域を小さな区分にメッシュ分割します。以下のメッシュ作成アルゴリズムを使用できます。
詳細は、こちらのページの該当する項目をご確認ください。
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