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TCクラウド 流体・粉粒体解析ヘルプデスク

以下のオープンソースソフトウェアについて利用者支援します

OpenFOAM®

OpenFOAM®(Open Field Operation and Manipulation)は、GNU GPL(General Public License)に基づき、The OpenFOAM Foundationから配付されている、オープンソースの計算流体力学ツールボックスです。 また2016年から開発元のESI-OpenCFD社よりOpenFOAM Foundation版とは別系統のOpenFOAM®もリリースされています。
※OpenFOAM®は、ESIグループOpenCFD社の登録商標です。

CFDEM®

CFDEM®は、DCS Computing GmbH社によって運営されている CFDEM®project の成果であり、粉粒体解析ソフトウェア LIGGGHTS® 及び 流体解析連成ソフトウェア CFDEM®coupling によって構成された、GNU GPLに基づくオープンソースソフトウェアです。
※CFDEM® 及び LIGGGHTS® は、 DCS Computing GmbH社の登録商標です。

TCクラウド 流体・粉粒体解析ヘルプデスク

オープンソースソフトウェア(OSS)は、利用者自らが導入から解析、結果の評価まで実施しなければならず、実用に至るまでには多くの時間と手間が掛かるのが実情です。そこでTCクラウド 流体・粉粒体解析ヘルプデスクでは、利用者支援のために以下の有料サービスを提供します。

導入支援

対象OSS及び関連アプリ・ライブラリ等のインストール、動作チェックを行います。

Q&A

e-mailにて技術的なご質問にお応えします。

教育

操作実習、理論解説、等お客様のニーズに応じたコースを提供します。

受託開発

方程式の組込みなどのカスタマイズにより専用アプリを開発します。

受託解析

経験を積んだ流体解析技術者がお客様の解析を代行します。

事例 OpenFOAM®

OpenFOAM®は、「流れ」に関する広範な物理を扱えます。以下はその一部の紹介になります。事例-1では粉粒体解析用の3種の標準ソルバーによる解析例、事例-2では燃焼・化学反応を含む流れ、複雑形状周りの乱流解析、受託開発の簡単な例として方程式の組込み、受託解析例として汚水槽内の多相混合乱流解析(簡易版) を夫々紹介します。

事例-1 OpenFOAM®による粉粒体解析及び流体連成解析

OpenFOAM®には、粉粒体解析用に、DEM(Discrete Element Method, or Distinct Element Method), DPM(Discrete Particle Modeling)法、MPPIC(Multi-Phase Particle-In-Cell)法、の各標準ソルバーが用意されています。夫々流体との連成解析が可能です。同時に扱える粒子形状は球体、単一種類の粒子。
より高度な粉粒体解析及び流体連成解析についてはCFDEM®の事例をご参照ください。

図1 DEMによる解析例
図1 DEMによる解析例

図1 DEMによる解析例/hopper(チュートリアルより)
左:漏斗状容器に溜めた粒子が重力の作用により下部出口から流出する様子を時刻歴表示。
時刻:上段 左→右~下段 左→右。
途中、窄まった出口において粒子がアーチ状に詰る状態を経て再び流出する様子を再現。
色:粒子移動速さ {青(小)~赤(大)}
右:OSSの可視化ソフトParaView®による表示例 ※ParaView®はKitware社の登録商標

図2 DPM法による連成解析例

図2 DPM法による連成解析例/fluidized bed
(チュートリアルより)流動床シミュレーション
時刻歴:左→右、 色:固相体積分率 0~1
/図の出典:The OpenFOAM Foundation

図3 MPPIC法による連成解析例

図3 MPPIC法による連成解析例/cyclone
(チュートリアルより)サイクロン分粒シミュレーション
時刻歴:左→右、 色:固相体積分率 0~1
/図の出典:The OpenFOAM Foundation

事例-2 OpenFOAM®による流体解析

図4 燃焼・化学反応のシミュレーション例
図4 燃焼・化学反応のシミュレーション例

図4 燃焼・化学反応のシミュレーション例/ (チュートリアルより)
左:標準ソルバーfireFoam, oppositeBurningPanels, 時刻歴表示、LES乱流モデル使用
右:標準ソルバーchemFoam, 著名なCHEMKINとの解析結果比較(よく一致している)
/図の出典:The OpenFOAM Foundation

図5 複雑形状周りの乱流解析例

図5 複雑形状周りの乱流解析例/motorBike
(チュートリアルより)LES乱流モデル使用

図6 方程式の組込み例

図6 方程式の組込み例/標準ソルバーsimpleFoam
に濃度の定常移流拡散方程式を組込み
左: 流線|流れ場はオリジナルと一致することを確認
右: 濃度|段差垂直面から濃度発生、移流拡散

図7 受託解析例/汚水槽の洗浄(簡易版)

図7 受託解析例/汚水槽の洗浄(簡易版)
標準ソルバー: interMixingFoam
乱流モデル: Launder-Gibson RSTM

図7 受託解析例/汚水槽の洗浄(簡易版)

a) 体積分率(0秒)
上:塩水、下:真水
青(0%)~赤(100%)

図7 受託解析例/汚水槽の洗浄(簡易版)

b) 体積分率(5秒後)
上:塩水、下:真水
青(0%)~赤(100%)

事例 CFDEM®

事例-3では、LIGGGHTS®単体による解析例を示します。事例-4では、LIGGGHTS®とCFDEM®couplingを用いた粉粒体と流体の連成解析例を示します。

事例-3 LIGGGHTS® 粉粒体解析

LIGGGHTS® (LAMMPS Improved for General Granular and Granular Heat Transfer Simulations)は、分子動力学ソフトウェアLAMMPSをベースに、DEMによる粒体シミュレーション向けに開発されたソフトウェアです。 粉や粒の形状は、球体及び非球体(球体の集合体)を同時に扱えます。境界と粒子及び粒子間の伝熱、粒子間の凝集力、粒子の帯電、外力として重力場や静電場、等を設定可能。 他SPH法による流体シミュレーション機能有。

図8 球体・非球体の崩れ比較例

図8 球体・非球体の崩れ比較例/一旦円筒右壁に衝突後、下向き重力により崩れ落ちる様子。未だ途中であるが、左: 球体よりも、右: 非球体の方が安息角が大きくなる傾向が見える。
/図の出典:CFDEM®project

図9 粘性のある2種の物体の攪拌混合例

図9 粘性のある2種の物体の攪拌混合例/粒間に凝集力を設定し粘り気を模擬。粒子単体の跳ね上がりが見られず、まとまりを以って混ざり合っている。
/図の出典:CFDEM®project

図10 球体・非球体攪拌の例

図10 球体・非球体攪拌の例/異種粒子間の凝集力は無。
左:攪拌器内で球体・非球体の粒子が混ざり合う様子。
中:赤|球体、白|非球体、
右:非球体粒子のみ表示、ID番号毎に色分け。
/図の出典:CFDEM®project

図11 磨耗シミュレーション例

図11 磨耗シミュレーション例/
左側: 右上方から供給された粒子がベルトコンベヤにより移送されシューターに投入される様子。色は粒子の速さ。
右側: シューター壁面の磨耗予測。色は磨耗度合い(予測)を示す。
/図の出典:CFDEM®project

事例-4 LIGGGHTS® + CFDEM®coupling 粉粒体・流体連成解析

図12 粉粒体・流体連成(作用:流体から粒子へ一方向)の例

図12 粉粒体・流体連成(作用:流体から粒子へ一方向)の例/
左:分粒器、左側|流速分布 {青(小)~赤(大)}、右側|分粒状況 粒径{青(小)~赤(大)}
中:流動床、色は粒子の速さ {青(小)~赤(大)}
右:粒子吹き飛ばし、上段:風なし、下段:風あり (左側面下部 20m/s)、 粒径{青(小)~赤(大)}
/図の出典:CFDEM®project

図13 粉粒体・流体連成(相互作用)の例
図13 粉粒体・流体連成(相互作用)の例

図13 粉粒体・流体連成(相互作用)の例/immersed boundary(埋め込み境界)
左:粒子群の沈降、左・中側|流速分布 ベクトル図・コンター図、右側|粒子群が沈降する様子
右:2粒子の沈降、時刻歴|左→中→右…
/図の出典:CFDEM®project

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