ユーザーガイド 1.5系 - 7.1 熱物理モデル
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[編集] 7.1 熱物理モデル
熱物性モデルは，エネルギー，熱および物理的な特性が関与しています。
thermophysicalPropertiesディレクトリは，thermophysicalモデルのライブラリを使用するすべてのソルバーにより読み込まれます。 熱物性モデルは，OpenFOAMの中では，その他のプロパティについても計算される圧力温度（p-T）システムとして構築されます。 これは，シミュレーションの中で使用される完全な熱物性モデルを指定するthermoTypeと呼ばれる必須のdictionary登録です。 熱物性のモデリングは，状態の基礎方程式を定義しているレイヤーからスタートし，前のレイヤーからプロパティを読込んだモデリングのレイヤーを追加します。 thermoTypeの名称は，表7.1にリストアップしているモデリングのマルチレイヤーを意味しています。
| 状態方程式 -- equationOfState | |
| perfectGas | 理想気体状態方程式 |
| 標準熱特性 -- thermo | |
| hConstThermo | エンタルピ h とエントロピー s を持つ一定の比熱 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): c_p
モデル |
| janafThermo | 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): c_p
evaluated by a function with coefficients from JANAF thermodynamic tables, from which h, s are evaluated |
| 派生熱特性 -- specieThermo | |
| specieThermo | cp、h、そして/または、sから得られた特殊な熱特性 |
| 輸送特性 -- transport | |
| constTransport | 一定の輸送特性 |
| sutherlandTransport | 温度依存する輸送輸送のためのサザーランドの公式 |
| 混合特性 -- mixture | |
| pureMixture | パッシブガス混合の一般熱モデル計算 |
| homogeneousMixture | 正規化燃料質量分率 b に基づく混合気燃焼 |
| inhomogeneousMixture | b と総燃料質量分率 ft に基づく混合気燃焼 |
| veryInhomogeneousMixture b と ft と未燃燃料質量分率 fu に基づく混合気燃焼 | |
| dieselMixture | ft と fu に基づく混合気燃焼 |
| multiComponentMixture | 複数の成分に基づく混合気燃焼 [**] |
| chemkinMixture | CHEMKIN熱力学と反応スキームデータベースファイルを用いた混合気燃焼 |
| 熱モデル -- thermoModel | |
| hThermo | エンタルピー h に基づく一般熱モデル計算 |
| hMixtureThermo | 混合気燃焼のエンタルピー計算 |
| hhuMixtureThermo | 未燃ガスと混合気燃焼のエンタルピー計算 |
表 7.1: 熱物性モデリングの階層
thermoTypeのエントリーは、次の形式をとる。
thermoModel<mixture<transport<specieThermo<thermo<equationOfState>>>>>
それで、次に示すのは、thermoTypeのエントリーの例である。
hThermo<pureMixture<constTransport<specieThermo<hConstThermo<perfectGas>>>>>
[編集] 7.1.1 熱物性データ
基本的な熱物理の性質は、入力データから、各々の種(species)のために指定される。そのデータは、種のために、次に示す形式の複合的なエントリーを使って指定される。 この複合的なエントリーは、キーワードmixtureが使われる。
mixture <specieCoeffs> <thermoCoeffs> <transportCoeffs>
物性係数<specieCoeffs>は、表7.2にリストされるエントリーを含み、その順番は入力で指定される順番となる。
| 説明 | 入力 |
| 文字列名 | e.g.mixture |
| この種のモル数 | nmoles |
| 分子量 | W (kg/kmol) |
表 7.2: 物性係数
熱物理の係数<thermoCoeffs>は、見掛け上、他の性質がそれから導出される、比熱容量構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): C_p を評価することに関連している。 現在のthermoモデルは、以下に示す通りである。
- hConstThermo
- 一定の構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): C_p
と融解熱 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): H_f を仮定する。これらは、単純に<specieCoeffs>の後に2つの値 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): C_p と構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): H_f を続けて指定する。
- janafThermo
- 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): C_p
を温度構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): T の関数として計算する。このとき、一連の係数は、熱力学のJANAFテーブルのものを用いる。順序づけられた係数のリストを、表7.3に示した。関数は、下限 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): T_l と上限構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): T_h の間で妥当性が確認されている。係数のセットが2つ指定される。最初のセットは常温構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): T_c 以上の温度についてのものである。(そして、構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): T_h 以下である。2つめのセットは構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): T_c より低く構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): T_l より高い範囲についてのもの）。構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): C_p を温度の関数として表すと、
- 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): c_p = R((((a_4 T + a_3 )T + a_2 )T + a_1 )T + a_0 )
- 加えて、構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): a_5
,構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): a_6 という積分定数がある。これらは、それぞれ、構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): h と構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): s を評価するために使われ、高温と低温の両方で同じ定数が用いられる。
| 説明 | 入力 |
| 下限温度 | Tl (K) |
| 上限温度 | Th (K) |
| 常温 | Tc (K) |
| 高温度係数 | a0 . . . a4 |
| 高温度エンタルピー補正 | a5 |
| 高温度エントロピー補正 | a6 |
| 低温度係数 | a0 . . . a4 |
| 低温度エンタルピー補正 | a5 |
| 低温度エントロピー補正 | a6 |
表 7.3: JANAF熱力学的係数
移動係数<transportCoeffs>は、動的粘性率構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): \mu
、熱伝導度構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): \kappa
、層流熱伝導度（エンタルピー方程式のため）構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): \alpha
を評価するために使われる。
現在のtransportモデルは、以下に説明する通りである。
- constTransport
- 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): \mu
とPrandtl数 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): P_r = C_p \mu/\kappa が一定であると仮定する。ここでは、<thermoCoeffs>の後に構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): \mu と構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): P_r の2つの値を続けて指定する。
- sutherlandTransport
- 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): \mu
を温度構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): T の関数として計算する。これには、Sutherland係数構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): A_s とSutherland temperature 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): T_s を用いる。この2つの数は、<thermoCoeffs>の後に続けて指定する。構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): \mu は、次のように計算される。
- 構文解析失敗 (texvcプログラムが見つかりません。math/READMEを読んで正しく設定してください。): \mu=\frac{A_s\sqrt{T}}{ 1 + T_s/T}
次は、fuelという名前の種についての、エントリーの例である。
これは、sutherlandTransportとjanafThermoを使ってモデルされている。また、エントリーの説明のためにコメントが入っている。
fuel // keyword fuel 1 44.0962 // specie 200 5000 1000 // -- janafThermo -- 7.53414 0.0188722 -6.27185e-06 9.14756e-10 -4.78381e-14 -16467.5 -17.8923 0.933554 0.0264246 6.10597e-06 -2.19775e-08 9.51493e-12 -13958.5 19.2017 // ----------------- 1.67212e-06 170.672; // sutherlandTransport
次に示すのは、airという名前の種についての、エントリーの例である。 これは、constTransportとhConstThermoでモデルされている。エントリーの説明のためにコメントが入っている。
mixture // keyword air 1 28.9 // specie 1000 2.544e+06 // hConstThermo 1.8e-05 0.7; // constTransport
