JP2012168065A - Free interface simulation apparatus and free interface simulation method - Google Patents

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JP2012168065A JP2011030268A JP2011030268A JP2012168065A JP 2012168065 A JP2012168065 A JP 2012168065A JP 2011030268 A JP2011030268 A JP 2011030268A JP 2011030268 A JP2011030268 A JP 2011030268A JP 2012168065 A JP2012168065 A JP 2012168065A
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大志 内藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simulate a position of a free interface with excellent accuracy in the case where an inflow port and an outflow port for fluids are located in a calculation area.SOLUTION: A free interface simulation apparatus is provided which analyzes positions of interfaces of two or more fluids in a vessel having an inflow port and an outflow port using numerical fluid calculation according to a continuum model (Eulerian-Euleria approach). The apparatus includes means which inputs an analysis model, means which sets an analysis condition, and analysis execution means. The analysis model includes a model for a body of the vessel and a model for a connection channel which connects the inflow port and the outflow port of the vessel. The analysis condition includes a setting value for a flow velocity of a fluid flowing in the connection channel. The analysis execution means executes the analysis under a such condition that the flow velocity of each fluid element on a cross section at a predetermined position in the connection channel becomes the setting value.

Description

本開示は、連続体モデル(Eulerian-Euleria法)による数値流体計算を用いた自由界面シミュレーション装置及び自由界面シミュレーション方法に関する。   The present disclosure relates to a free interface simulation apparatus and a free interface simulation method using numerical fluid calculation based on a continuum model (Eulerian-Euleria method).

自由界面のシミュレーション装置は、流体の速度分布や界面形状をナビエ・ストークス方程式および空間を計算格子に分割する手法と圧力ポアソン方程式を組み合わせて計算する手法が一般的に知られている。   As a free interface simulation apparatus, a method of calculating a fluid velocity distribution and interface shape by combining a Navier-Stokes equation, a method of dividing a space into a calculation grid, and a pressure Poisson equation is generally known.

界面の計算手法は、さまざまなものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の計算手法は、界面形状の微視的なモデル化に関するものである。   Various interface calculation methods have been developed (see, for example, Patent Document 1). The calculation method described in Patent Document 1 relates to microscopic modeling of the interface shape.

特開2001−99749号公報JP 2001-99749 A

しかしながら、上記特許文献1に開示されるような従来方法は、容器全体の振動による液面変動や、液滴が液面に到達したときの波紋を解析の主な目的としており、たとえば攪拌槽解析など、計算領域に流入口と流出口がある場合では、数値的な安定性に問題があり、計算できた場合でも、計算条件によって液面高さの結果が異なり、あきらかに、現実にそぐわない結果となるなどの欠点があった。例えば攪拌槽解析では、運転時の液量(液面)を仮に固定して計算することが多く、液の粘性変化や流量変化などによる出口圧損に起因する液面変動を含む計算は困難であり、このような状況での液面高さの推定においては、実機での内部観察が必須であった。   However, the conventional method as disclosed in the above-mentioned patent document 1 mainly has the purpose of analyzing the fluctuation of the liquid level due to the vibration of the entire container and the ripples when the droplet reaches the liquid level. If there are inlets and outlets in the calculation area, etc., there is a problem with numerical stability, and even if it can be calculated, the result of the liquid level varies depending on the calculation conditions, and obviously the result is not realistic There were drawbacks such as. For example, in agitation tank analysis, the amount of liquid (liquid level) during operation is often fixed and calculated, and it is difficult to calculate that includes fluctuations in the liquid level due to outlet pressure loss due to changes in liquid viscosity or flow rate. In estimating the liquid level in such a situation, internal observation with an actual machine was indispensable.

そこで、本開示は、計算領域に流体の流入口と流出口がある場合に良好な精度で自由界面の位置のシミュレーションを行うことができる自由界面シミュレーション装置及び自由界面シミュレーション方法の提供を目的とする。   Therefore, the present disclosure aims to provide a free interface simulation apparatus and a free interface simulation method capable of simulating the position of a free interface with good accuracy when there are a fluid inlet and outlet in a calculation region. .

上記目的を達成するため、本開示の一局面によれば、連続体モデル(Eulerian-Euleria法)による数値流体計算を用いて、流入口と流出口を有する容器内における2つ以上の流体の界面の位置の解析を行う自由界面シミュレーション装置であって、
解析モデルを入力する手段と、
前記解析を実行する際の解析条件を設定する手段と、
前記数値流体計算を行う解析実行手段とを備え、
前記解析モデルは、前記容器の本体のモデルと、前記容器の流入口と流出口を接続する接続流路のモデルとを含み、
前記解析条件は、前記接続流路を流れる流体の流速の設定値を含み、
前記解析実行手段は、前記接続流路の所定位置での断面における各流体要素の流速が前記設定値になる条件で、前記解析を実行することを特徴とする、自由界面シミュレーション装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present disclosure, an interface between two or more fluids in a container having an inlet and an outlet using a numerical fluid calculation by a continuum model (Eulerian-Euleria method) A free interface simulation device for analyzing the position of
Means for inputting the analysis model;
Means for setting analysis conditions for performing the analysis;
Analysis execution means for performing the numerical fluid calculation,
The analysis model includes a model of the main body of the container, and a model of a connection channel that connects an inlet and an outlet of the container,
The analysis condition includes a set value of a flow velocity of the fluid flowing through the connection channel,
Provided is a free interface simulation device characterized in that the analysis execution means executes the analysis under a condition that the flow velocity of each fluid element in a cross section at a predetermined position of the connection flow path becomes the set value. .

本開示によれば、計算領域に流体の流入口と流出口がある場合に良好な精度で自由界面の位置のシミュレーションを行うことができる自由界面シミュレーション装置及び自由界面シミュレーション方法が得られる。   According to the present disclosure, it is possible to obtain a free interface simulation apparatus and a free interface simulation method capable of simulating the position of a free interface with good accuracy when there are a fluid inlet and outlet in a calculation region.

本開示に係る自由界面シミュレーション装置1の要部構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of important section composition of free interface simulation device 1 concerning this indication. 図2(A)は、本開示に係る自由界面シミュレーションが適用される装置(容器)の上面図であり、図2(B)は、図2(A)のラインP−Pに沿った断面図である。2A is a top view of an apparatus (container) to which the free interface simulation according to the present disclosure is applied, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line PP in FIG. 2A. It is. 本開示に係る自由界面シミュレーションで使用されてもよい解析モデル300の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an analysis model 300 that may be used in a free interface simulation according to the present disclosure. 本開示に係る自由界面シミュレーション方法の要部の一例の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an example of the principal part of the free interface simulation method which concerns on this indication. 実施例1による定常計算結果を示す図である。It is a figure which shows the steady calculation result by Example 1. FIG. 接続流路モデル305における設定断面の部分(設定流速の部分)を定常計算結果と共に模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the part of the setting cross section (part of a setting flow velocity) in the connection flow path model 305 with a steady calculation result. 実施例2による過渡計算結果を示す図である。It is a figure which shows the transient calculation result by Example 2. FIG. 実施例2による過渡計算で設定された流量の変化態様を示す図である。It is a figure which shows the change aspect of the flow volume set by the transient calculation by Example 2. FIG. 過渡計算初期を示す結果例(低い方の天井高さが初期液面高さとほぼ同じ場合の例)を示す図である。It is a figure which shows the example of a result which shows the transient calculation initial stage (example in case the lower ceiling height is substantially the same as the initial liquid level height). 過渡計算初期を示す結果例(低い方の天井下の気体層初期厚みが約15mmの例)を示す図である。It is a figure which shows the example of a result which shows the transient calculation initial stage (example whose gas layer initial stage thickness under the lower ceiling is about 15 mm). 比較例1による定常計算例を示す図であるIt is a figure which shows the example of steady calculation by the comparative example 1. 比較例2による定常計算例を示す図である。10 is a diagram illustrating an example of steady calculation according to Comparative Example 2. FIG.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

ここでは、先ず、本開示の基本的な考え方(原理)について説明する。   Here, first, the basic concept (principle) of the present disclosure will be described.

本開示は、数値計算技術を用いて、2つ以上の流体(非圧縮性流体)の界面位置を求める自由界面シミュレーション装置及び方法に関する。本開示によれば、流入口と流出口を接続し、流入および流出条件は、計算領域の一部に流量を固定する領域を設けることで設定される。流体の出入口を直結することにより、計算領域に含まれる各流体の量(体積、体積分率)が計算中に固定されるので、流体の出口と入口を直結しない手法に比べ、格段に安定した計算が可能となる。   The present disclosure relates to a free interface simulation apparatus and method for obtaining interface positions of two or more fluids (incompressible fluids) using a numerical calculation technique. According to the present disclosure, the inlet and the outlet are connected, and the inflow and outflow conditions are set by providing a region for fixing the flow rate in a part of the calculation region. By directly connecting the fluid inlet / outlet, the amount (volume, volume fraction) of each fluid included in the calculation area is fixed during the calculation, so it is much more stable than the method that does not directly connect the fluid outlet / inlet. Calculation is possible.

ここで、本開示の実現のためには、計算領域の一部分の流量を固定する必要があるが、流量は計算格子(計算セル)内の指定領域にて、速度ベクトルを一定の値と方向に固定することで実現され、具体的には以下に説明する。   Here, in order to realize the present disclosure, it is necessary to fix the flow rate of a part of the calculation region. However, the flow rate is set to a constant value and direction in a specified region in the calculation grid (calculation cell). This is realized by fixing, and will be specifically described below.

(1) 式は計算格子における速度の時間変化を与えるナビエ・ストークス方程式であり、 (1) is the Navier-Stokes equation that gives the time variation of the velocity in the computational grid,

[外1]
は速度ベクトル、pは圧力、ρは密度、tは時間μは粘度、∇は微分演算子(ナブラ)を表す。通常の領域では、各格子で初期条件の速度ベクトルやその他の条件などから、微小時間後の速度場を計算して、指定時間までの計算を行う。従来の方法での流体の流入条件に相当する速度は、出口と入口を接続した流路に相当する配管断面の一部の領域で、(1)式の
[Outside 1]
Is a velocity vector, p is pressure, ρ is density, t is time μ is viscosity, and ∇ is a differential operator (nabla). In the normal region, the velocity field after a minute time is calculated from the velocity vector of the initial condition and other conditions in each lattice, and the calculation is performed up to the designated time. The speed corresponding to the inflow condition of the fluid in the conventional method is a partial area of the pipe cross section corresponding to the flow path connecting the outlet and the inlet.

[外2]
(速度ベクトル)の所定方向成分(特に配管の基準流れ方向の成分)の数値を、流入量に相当する値に計算ステップごとに毎回入れ替えることで実現される。
[Outside 2]
This is realized by replacing the numerical value of the predetermined direction component (especially the component in the reference flow direction of the pipe) of the (speed vector) with a value corresponding to the inflow amount every calculation step.

尚、本開示の実現のために、好ましくは、計算初期値は、液面が変化することにより、流体界面の面積が急激に変化することが無いように設定される。これは、気体と液体のそれぞれの体積を固定して計算するために、界面面積の急激な変化に伴って、水平方向の非常に大きな速度成分が発生し、液面高さの計算が不安定になるからである(後述の実施例3参照)。   In order to realize the present disclosure, the initial calculation value is preferably set so that the area of the fluid interface does not change suddenly due to a change in the liquid level. This is because the volume of gas and liquid is fixed, and a very large velocity component is generated in the horizontal direction due to a sudden change in the interface area, making the calculation of the liquid level unstable. (Refer to Example 3 described later).

図1は、本開示に係る自由界面シミュレーション装置1の要部構成の一例を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a main configuration of a free interface simulation apparatus 1 according to the present disclosure.

本開示に係る自由界面シミュレーション装置1は、図2に示すように、入力パラメータ生成部10と、モデル入力部12と、数値解析部14と、流速補正部16とを含む。尚、これらの各部10,12,14,16は、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせにより実現されてもよい。この際、これらの各部10,12,14,16は、共通のソフトウェアで実現されてもよいし、複数のソフトウェアにより協動して実現されてもよい。また、同様に、これらの各部10,12,14,16は、共通のハードウェアで実現されてもよいし、複数のハードウェアにより協動して実現されてもよい。例えば、流速補正部16の機能(後述)は、数値解析部14に組み込まれてもよい。   As shown in FIG. 2, the free interface simulation device 1 according to the present disclosure includes an input parameter generation unit 10, a model input unit 12, a numerical analysis unit 14, and a flow velocity correction unit 16. Note that these units 10, 12, 14, and 16 may be realized by a combination of software and hardware. At this time, these units 10, 12, 14, and 16 may be realized by common software, or may be realized in cooperation with a plurality of software. Similarly, these units 10, 12, 14, and 16 may be realized by common hardware or may be realized by cooperation of a plurality of hardware. For example, the function (described later) of the flow velocity correction unit 16 may be incorporated in the numerical analysis unit 14.

入力パラメータ生成部10は、外部からの入力データ(典型的には、ユーザからの入力データ)に基づいて、数値解析部14における解析に必要な入力パラメータ(解析条件)を生成(設定)する。入力パラメータは、計算初期値(例えば初期の液面高さ)や、出口と入口を接続した流路(接続流路)を流れる流体に対する流速の設定値(後述)等を含んでよい。   The input parameter generation unit 10 generates (sets) input parameters (analysis conditions) necessary for analysis in the numerical analysis unit 14 based on external input data (typically input data from a user). The input parameter may include a calculation initial value (for example, an initial liquid level height), a set value (described later) of a flow velocity with respect to a fluid flowing through a flow path (connection flow path) connecting the outlet and the inlet, and the like.

モデル入力部12は、解析モデル(メッシュモデル)を数値解析部14に入力する。解析モデルは、外部のモデル作成装置で作成されたものがインポートされて自由界面シミュレーション装置1内に記憶されたものが読み出されてもよいし、自由界面シミュレーション装置1に含まれうるモデル作成機能(ソフトウェア)により生成・修正等され自由界面シミュレーション装置1内に記憶されたものが読み出されてもよい。   The model input unit 12 inputs an analysis model (mesh model) to the numerical analysis unit 14. As the analysis model, an analysis model created by an external model creation device may be imported and stored in the free interface simulation device 1, or a model creation function that can be included in the free interface simulation device 1. What is generated / corrected by (software) and stored in the free interface simulation apparatus 1 may be read out.

数値解析部14は、入力パラメータ生成部10で生成された入力パラメータと、モデル入力部12から入力された解析モデルと、後述の流速補正部16から供給される設定値(後述)とを用いて、連続体モデルに基づく数値流体計算により2つ以上の流体の界面位置を求める。数値解析部14における流体解析方法は、連続体モデルを用いるものであればその詳細は任意である。例えば、数値解析部14は、流体ソルバーと称される汎用流体計算ソフトとCPU等のハードウェアにより実現されてもよい。かかる汎用流体計算ソフトとしては、ANSYS社の汎用流体計算ソフトCFXが知られている。数値解析部14は、遠隔位置にあるハードウェア資源(例えばスーパーコンピューター)と協動して実現されてもよい。   The numerical analysis unit 14 uses the input parameters generated by the input parameter generation unit 10, the analysis model input from the model input unit 12, and set values (described later) supplied from the flow velocity correction unit 16 described later. Then, the interface position of two or more fluids is obtained by numerical fluid calculation based on the continuum model. The details of the fluid analysis method in the numerical analysis unit 14 are arbitrary if a continuum model is used. For example, the numerical analysis unit 14 may be realized by general-purpose fluid calculation software called a fluid solver and hardware such as a CPU. As such general-purpose fluid calculation software, ANSYS general-purpose fluid calculation software CFX is known. The numerical analysis unit 14 may be realized in cooperation with a hardware resource (for example, a supercomputer) located at a remote location.

流速補正部16は、数値解析部14の計算ステップ毎に、次の計算ステップで使用する流速の計算結果(今回の計算ステップで得られた計算結果)を補正する。流速補正部16は、数値解析部14の計算ステップ毎に、流体の出口と入口を接続した流路(管)を流れる流体に対する流速の計算結果(今回の計算ステップで得られた計算結果)を、設定値に補正する(入れ替える)。この処理の詳細は、後述する。   The flow velocity correction unit 16 corrects the calculation result of the flow velocity used in the next calculation step (the calculation result obtained in the current calculation step) for each calculation step of the numerical analysis unit 14. For each calculation step of the numerical analysis unit 14, the flow velocity correction unit 16 calculates the calculation result of the flow velocity (the calculation result obtained in this calculation step) for the fluid flowing through the flow path (tube) connecting the fluid outlet and inlet. , Correct (replace) to the set value. Details of this processing will be described later.

図2は、本開示に係る自由界面シミュレーションが適用される装置の一例を示す。図2に示す装置は、流入口と流出口を有する容器である。図2(A)は、容器の上面図であり、図2(B)は、図2(A)のラインP−Pに沿った断面図である。図2に示す容器は、反応攪拌槽(容器)を簡略化して示したものであり、2以上の流体(本例では、液体と気体)を収容する容器本体201と、容器本体201内に流体(本例では、液体)が流入するための流入口202と、容器本体201外へ流体が流出する際に通過する流出口(流出路)204とを含む。流出口204は、容器本体201内から2以上の流体が流出できるような位置(高さ)に設定されてよい。即ち、流出口204は、容器本体201内の下層側の流体(本例では、液体)の液面高さ付近に設定されてもよい。尚、流入口202は、任意の態様で設定されてよい。例えば図示の例では、流入口202は、上面側から容器本体201内に流体が導入されるように配置されているが、例えば側面側や下面側等に設定されてもよい。   FIG. 2 shows an example of an apparatus to which the free interface simulation according to the present disclosure is applied. The apparatus shown in FIG. 2 is a container having an inlet and an outlet. 2A is a top view of the container, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line PP in FIG. 2A. The container shown in FIG. 2 is a simplified reaction stirring tank (container), and includes a container main body 201 that contains two or more fluids (liquid and gas in this example), and a fluid in the container main body 201. (In this example, an inflow port 202 through which liquid flows in) and an outflow port (outflow path) 204 through which the fluid flows out of the container body 201 are included. The outlet 204 may be set at a position (height) at which two or more fluids can flow out from the container body 201. That is, the outlet 204 may be set near the liquid level of the lower layer fluid (in this example, liquid) in the container main body 201. The inflow port 202 may be set in an arbitrary manner. For example, in the illustrated example, the inflow port 202 is arranged so that the fluid is introduced into the container main body 201 from the upper surface side, but may be set, for example, on the side surface side or the lower surface side.

尚、容器本体201の全体形状、容積、断面形状等の構成は、任意であってよい。同様に、流出口204の断面形状、断面変化態様(断面が一定な態様を含む)、長さ等についても任意であってよい。   Note that the overall shape, volume, cross-sectional shape, and the like of the container body 201 may be arbitrary. Similarly, the cross-sectional shape, cross-sectional change mode (including a mode in which the cross-section is constant), length, and the like of the outlet 204 may be arbitrary.

本開示に係る自由界面シミュレーションは、かかる容器200内における2つ以上の流体の界面の位置(高さや形状)を解析するのに好適である。例えば、界面の位置(液面高さや形状)の計算は、たとえば反応攪拌槽において、反応によって液体の粘度が大きく変化する場合などに、出口配管内の液面観察から反応の進み具合を間接的に知る場合に利用することができる。特に、従来の攪拌槽解析では、運転時の液量(液面)を仮に固定して計算することが多く、液の粘性変化や流量変化などによる出口圧損に起因する液面変動を含む計算は困難であり、このような状況での液面高さの推定においては、実機での内部観察が必須であったが、本開示に係る自由界面シミュレーションによれば、かかる状況での液面高さの推定を精度良く実現することができる。   The free interface simulation according to the present disclosure is suitable for analyzing the positions (heights and shapes) of two or more fluid interfaces in the container 200. For example, the calculation of the interface position (liquid level height and shape) is indirect, for example, in the reaction agitation tank, when the viscosity of the liquid changes greatly due to the reaction, and the progress of the reaction is indirectly determined by observing the liquid level in the outlet pipe. You can use it if you want to know. In particular, in the conventional agitation tank analysis, the amount of liquid during operation (liquid level) is often calculated temporarily, and calculations involving liquid level fluctuations caused by outlet pressure loss due to changes in liquid viscosity or flow rate are In the estimation of the liquid level in such a situation, internal observation with an actual machine was indispensable, but according to the free interface simulation according to the present disclosure, the liquid level in such a situation Can be accurately estimated.

図3は、本開示に係る自由界面シミュレーションで使用されてもよい解析モデル300の一例を示す図である。図示の解析モデル300は、図2に示した装置(容器200)に対する解析モデルである。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an analysis model 300 that may be used in the free interface simulation according to the present disclosure. The illustrated analysis model 300 is an analysis model for the apparatus (container 200) shown in FIG.

解析モデル300は、容器本体201をモデル化した容器本体モデル部301と、流出口(流出管)204をモデル化した流出口モデル部304と、仮想的な接続流路をモデル化した接続流路モデル305と、流体を溜める仮想的な流体溜め容器をモデル化した流体溜め容器モデル306とを含む。   The analysis model 300 includes a container body model unit 301 that models the container body 201, an outlet model unit 304 that models an outlet (outflow pipe) 204, and a connection channel that models a virtual connection channel. A model 305 and a fluid reservoir model 306 that models a virtual fluid reservoir that stores fluid are included.

解析モデル300上で、容器本体モデル部301と流出口モデル部304は、接続流路モデル305を介して流体的に連通している。接続流路モデル305は、容器200の流出口と流入口を接続する管のモデルに相当する。容器本体モデル部301と流出口モデル部304は、好ましくは、図3に示すように、流体溜め容器モデル306及び接続流路モデル305を介して連通する。具体的には、解析モデル300上では、容器本体モデル部301から流出口モデル部304を介して流出する流体は、一旦、流体溜め容器モデル306に流入し、流体溜め容器モデル306から接続流路モデル305を介して容器本体モデル部301に流入する。また、解析モデル300上では、流出口モデル部304は、実際の流出口204における流出態様と同様、容器本体モデル部301内の2つ以上の流体が同時に流出できるように構成される。同様に、流出口モデル部304は、流体溜め容器モデル306に2つ以上の流体が同時に流入できる態様で、流体溜め容器モデル306に接続される。また、解析モデル300上では、接続流路モデル305は、流体溜め容器モデル306内における下層側(界面よりも下側)の流体のみ(本例では液体のみ)が容器本体モデル部301に流入するように構成される。接続流路モデル305における容器本体モデル部301側の端部(流入口)は、任意の位置に設定されてよい。また、接続流路モデル305は、直線部や曲線部を含んでよく、断面も必ずしも等断面である必要はない。また、接続流路モデル305は、高低差を含む経路で配置されてもよい。尚、図示の例では、接続流路モデル305は、等断面の直線経路(高低差なし)で延在している。   On the analysis model 300, the container body model portion 301 and the outlet model portion 304 are in fluid communication with each other via a connection channel model 305. The connection channel model 305 corresponds to a model of a pipe connecting the outlet and the inlet of the container 200. The container main body model portion 301 and the outlet model portion 304 preferably communicate with each other via a fluid reservoir container model 306 and a connection channel model 305, as shown in FIG. Specifically, on the analysis model 300, the fluid flowing out from the container main body model part 301 through the outlet model part 304 once flows into the fluid reservoir container model 306, and from the fluid reservoir container model 306 to the connection channel. It flows into the container body model part 301 via the model 305. Further, on the analysis model 300, the outlet model part 304 is configured so that two or more fluids in the container main body model part 301 can flow out at the same time, as in the actual flow manner in the outlet 204. Similarly, the outlet model part 304 is connected to the fluid reservoir model 306 in such a manner that two or more fluids can flow into the fluid reservoir model 306 simultaneously. On the analysis model 300, the connection channel model 305 is such that only the lower layer fluid (lower than the interface) in the fluid reservoir container model 306 (in this example, only the liquid) flows into the container body model unit 301. Configured as follows. An end (inlet) on the container body model portion 301 side in the connection channel model 305 may be set at an arbitrary position. Further, the connection channel model 305 may include a straight line portion and a curved portion, and the cross section does not necessarily have an equal cross section. Further, the connection channel model 305 may be arranged along a path including a height difference. In the example shown in the figure, the connection channel model 305 extends along a straight path (with no difference in height) having an equal cross section.

図4は、本開示に係る自由界面シミュレーション方法の要部の一例の流れを示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing a flow of an example of a main part of the free interface simulation method according to the present disclosure.

ステップ400では、モデル入力部12により、解析モデル300(図3参照)のデータが入力される。   In step 400, the model input unit 12 inputs data of the analysis model 300 (see FIG. 3).

ステップ402では、入力パラメータ生成部により、初期条件設定が実行される。初期条件は、流体(本例では、気体と液体)の密度などの特性の他、接続流路モデル305によりモデル化される接続流路での流速が設定される。この流速は、接続流路モデル305における所定位置での断面(以下、設定断面という)における流速であってよく、該設定断面を通る各流体要素に共通に適用される。即ち、この流速は、該設定断面を通過する各流体要素(設定断面を画成する個々の計算セルに対応)が、共通の流速(設定された流速)で該設定断面を通過するようにする設定値である。即ち、設定断面上のいずれの場所でも同一の流速を流体が持つようにし、その同一の流速を、設置値で定める。この流速の設定値は、接続流路モデル305における流れ方向(本例では、設定断面に垂直な成分、図3の矢印R参照)に対して設定されよく、他の方向成分の流速は任意であってよい(即ち、設定は行われない)。或いは、該設定断面における他の方向成分の流速は、設定値ゼロ(固定値)であってもよい。尚、設定断面は、接続流路モデル305における任意の位置に設定されてもよい。例えば、設定断面は、接続流路モデル305の中央付近に設定されてもよい。また、設定される流速は、所望の任意の値であってよく、実際の装置(図2参照)内における流速に基づいて設定されてもよい。   In step 402, initial condition setting is executed by the input parameter generation unit. As initial conditions, in addition to characteristics such as the density of the fluid (in this example, gas and liquid), the flow velocity in the connection channel modeled by the connection channel model 305 is set. This flow velocity may be a flow velocity in a cross section (hereinafter referred to as a set cross section) at a predetermined position in the connection channel model 305, and is commonly applied to each fluid element passing through the set cross section. That is, this flow velocity allows each fluid element that passes through the set cross section (corresponding to the individual calculation cell that defines the set cross section) to pass through the set cross section at a common flow rate (set flow rate). It is a set value. That is, the fluid has the same flow velocity at any location on the set cross section, and the same flow velocity is determined by the installation value. The set value of the flow velocity may be set with respect to the flow direction in the connection channel model 305 (in this example, the component perpendicular to the set cross section, see the arrow R in FIG. 3), and the flow velocity of other direction components is arbitrary. There may be (that is, no settings are made). Alternatively, the flow velocity of the other direction component in the set cross section may be a set value zero (fixed value). The set cross section may be set at an arbitrary position in the connection channel model 305. For example, the set cross section may be set near the center of the connection channel model 305. Further, the set flow rate may be any desired value, and may be set based on the flow rate in the actual apparatus (see FIG. 2).

尚、本開示では、外部との間で流体の出入りの無い閉じた解析モデル300を使用するので、流体の入力や出力に関する条件(出口圧力等の出口条件)の設定は不要であってよい。   In the present disclosure, since the closed analysis model 300 in which no fluid enters and leaves the outside is used, it is not necessary to set conditions related to fluid input and output (exit conditions such as outlet pressure).

ステップ404及びステップ406では、数値解析部14(流体ソルバー)により、ステップ400において設定された設定条件に従って、ステップ402において入力された解析モデル300に基づいて、微小時間の時間刻み計算が実行される。   In Step 404 and Step 406, the numerical analysis unit 14 (fluid solver) performs time step calculation of a minute time based on the analysis model 300 input in Step 402 in accordance with the setting conditions set in Step 400. .

ステップ404では、先ず、前回の計算ステップで得られた各計算セルでの既知の圧力と運動量方程式を用いて、計算セル毎に微小時間進んだ後の流速の予測値が算出され、今回の計算ステップで初期的に用いる流速(質量保存式を満たしていない初期的な流速)として与えられる。この際、本ステップ404では、流速補正部16により、接続流路モデル305における設定断面上の各流体要素(設定断面を画成する個々の計算セル)に関しては、前の計算ステップの計算結果が、ステップ402において設定された流速(設定値)に入れ替えられ(置き換えられ)、計算セルごとに流速の予測値が与えられる。即ち、接続流路モデル305における設定断面上の各流体要素についてのみ、前回の計算ステップの流速の解析結果が使用されず、設定値に基づいて、流速の予測値が与えられる。尚、初回の計算ステップでは、ステップ402において設定された流速(設定値)が使用されてよい。   In step 404, first, using the known pressure and momentum equation in each calculation cell obtained in the previous calculation step, a predicted value of the flow velocity after a minute time advance is calculated for each calculation cell, and this calculation is performed. It is given as the initial flow rate used in the step (initial flow rate not satisfying the mass conservation equation). At this time, in this step 404, the calculation result of the previous calculation step is obtained by the flow velocity correction unit 16 for each fluid element (individual calculation cells that define the set section) in the set section in the connection channel model 305. The flow velocity (set value) set in step 402 is replaced (replaced), and a predicted flow velocity value is given for each calculation cell. That is, only for each fluid element on the set cross section in the connection channel model 305, the flow velocity analysis result of the previous calculation step is not used, and a predicted flow velocity value is given based on the set value. In the first calculation step, the flow velocity (set value) set in step 402 may be used.

ステップ406では、数値解析部14(流体ソルバー)により、ステップ400において設定された設定条件及びステップ402において入力された解析モデル300に基づいて、ステップ404で計算された計算結果(速度場)を初期値として用いて、質量保存と運動量方程式を同時に満たす最終的な流速と圧力場が計算される。この計算は、ナビエ・ストークス方程式(数1参照)や圧力ポアソン方程式に従うものであってよい。また、本ステップ406では、重力の影響(密度差)等に基づいて計算結果の修正が実行されてもよい。但し、本開示に係る自由界面シミュレーション方法では、出口を用いず、マスバランスの修正(例えば、出入り口でのマスバランスの修正)が不要である。   In step 406, the numerical analysis unit 14 (fluid solver) initializes the calculation result (velocity field) calculated in step 404 based on the setting condition set in step 400 and the analysis model 300 input in step 402. The values are used to calculate the final flow velocity and pressure field that simultaneously satisfy mass conservation and momentum equations. This calculation may follow the Navier-Stokes equation (see Equation 1) or the pressure Poisson equation. In step 406, the calculation result may be corrected based on the influence of gravity (density difference) or the like. However, the free interface simulation method according to the present disclosure does not use an exit and does not require correction of mass balance (for example, correction of mass balance at an entrance / exit).

ステップ408では、数値解析部14において、計算終了条件が判断され、計算終了条件が満たされた場合は、終了し、計算終了条件が満たされない場合は、ステップ404に戻り、計算終了条件が満たされるまで、ステップ404及びステップ406の処理が時間ステップ毎に繰り返される。   In step 408, the numerical analysis unit 14 determines the calculation end condition. If the calculation end condition is satisfied, the process ends. If the calculation end condition is not satisfied, the process returns to step 404 to satisfy the calculation end condition. Steps 404 and 406 are repeated for each time step.

ステップ410では、解析結果が出力される。解析結果の出力は、表示装置(図示せず)に表示されてもよい。例えば、後述の図5等に示すような計算結果が表示されてもよい。解析結果は、2つ以上の流体の界面(本例では、液体と期待の界面)の表示を含んでよい。本例の場合、この界面(液体と空気の間の界面)は、体積分率0.5の等値面により表示されてもよい。   In step 410, the analysis result is output. The output of the analysis result may be displayed on a display device (not shown). For example, a calculation result as shown in FIG. The analysis result may include an indication of two or more fluid interfaces (in this example, a liquid-expectation interface). In the case of this example, this interface (interface between the liquid and air) may be displayed by an isosurface with a volume fraction of 0.5.

尚、上述の数値解析部14による計算方法は、例えばSIMPLE法(Semi-Implicit Pressure Linked Equations)のような分離解法(速度と圧力を分離して解く)を用いているが、他の計算方法(例えば、連成解法)が使用されてもよい。   In addition, although the calculation method by the above-mentioned numerical analysis part 14 uses the separation solution methods (separate speed and pressure, for example) like SIMPLE method (Semi-Implicit Pressure Linked Equations), for example, other calculation methods ( For example, a coupled solution method may be used.

次に、各種実施例について説明する。以下の各種実施例は、水が上面大気開放の流路を流れる場合の水面高さと形状をシミュレーションした例である。   Next, various examples will be described. The following various examples are examples of simulating the water surface height and shape when water flows through a flow path open to the upper atmosphere.

実施例1は、定常計算の例であり、図5は、計算結果を示す図であり、図6は、実施例1における接続流路モデル305における設定断面の部分X(設定流速が適用される部分X)を計算結果と共に模式的に示す図である。   Example 1 is an example of steady-state calculation, FIG. 5 is a diagram illustrating a calculation result, and FIG. 6 is a set cross-section portion X (set flow velocity is applied) in the connection channel model 305 in Example 1. It is a figure which shows part X) typically with a calculation result.

本実施例は、接続流路モデル305における設定断面での液体流量(流速)を基準流量(実際の想定流量)の10倍として定常計算を実施した。また、計算の初期条件として、液面高さは円筒形部分(流出口モデル部304)の下端面の高さに設定した。その結果、図5に示すように、計算が発散することはなく液面の高さが計算できた。   In this example, steady calculation was performed with the liquid flow rate (flow velocity) at the set cross section in the connection flow channel model 305 being 10 times the reference flow rate (actual assumed flow rate). Further, as an initial condition for the calculation, the liquid level was set to the height of the lower end surface of the cylindrical portion (outlet model part 304). As a result, as shown in FIG. 5, the calculation did not diverge and the liquid level could be calculated.

実施例2は、過渡計算の例であり、図7は、計算結果を示す図であり、図8は、本計算で設定された流量の変化態様、即ち接続流路モデル305における設定断面での設定流速の変化態様(横軸のシミュレーション時間に対する変化態様)を示す。図7は、シミュレーション時間0−450msまでの計算結果(シミュレーション結果)を50ms毎に示している。本実施例2では、接続流路モデル305における設定断面での設定流速は、図8に示すように、基準流量の0から1/10倍に変化する態様で設定された。   Example 2 is an example of transient calculation, FIG. 7 is a diagram showing calculation results, and FIG. 8 is a flow rate change mode set in this calculation, that is, in a set cross section in the connection channel model 305. The change mode of the set flow rate (change mode with respect to the simulation time on the horizontal axis) is shown. FIG. 7 shows calculation results (simulation results) for a simulation time of 0 to 450 ms every 50 ms. In the second embodiment, the set flow velocity in the set cross section in the connection channel model 305 is set in such a manner that it changes from 0 to 1/10 times the reference flow rate as shown in FIG.

実施例2では、実施例1と同様の解析モデルが使用された。図7は、時間進展に従って、流量が図8で示すように変化する場合の過渡計算例を示している。この場合も、図7に示すように、流量の時間変化に伴って、液面の高さが計算できた。   In Example 2, the same analysis model as in Example 1 was used. FIG. 7 shows an example of transient calculation when the flow rate changes as shown in FIG. Also in this case, as shown in FIG. 7, the height of the liquid level could be calculated as the flow rate changed with time.

図9及び図10は、過渡計算初期を示す結果例を示し、流量(接続流路モデル305における設定断面での設定流速)は、図8に示すように、基準流量の0から1/10倍に変化する態様で設定された。   9 and 10 show an example of the result showing the initial transient calculation, and the flow rate (the set flow velocity at the set section in the connection channel model 305) is 0 to 1/10 times the reference flow rate as shown in FIG. It was set in a manner that changes to

実施例3では、実施例1、2で使用された解析モデルとは、流体溜め容器モデル306の天井形状が異なる解析モデルが使用された。即ち、実施例1、2で使用された解析モデルの流体溜め容器モデル306の天井形状は、流出口モデル部304との接続側で天井高さが最も高く、流出口モデル部304との接続側から離れるに従って天井高さが徐々に低くなる形状であるのに対して、実施例3で使用された解析モデルの流体溜め容器モデル306は、2つの異なる一定の天井高さの部位306a,306bからなる。部位306aは、流出口モデル部304と接続される部位であり、実施例1、2で使用された解析モデルの流体溜め容器モデル306の最も高い天井高さと同一の天井高さを有する。部位306bは、部位306aよりも天井高さが低い。   In Example 3, an analysis model having a ceiling shape of the fluid reservoir container model 306 different from the analysis model used in Examples 1 and 2 was used. In other words, the ceiling shape of the fluid reservoir container model 306 of the analysis model used in Examples 1 and 2 has the highest ceiling height on the connection side with the outlet model part 304, and the connection side with the outlet model part 304. In contrast to the shape in which the ceiling height gradually decreases as the distance from the center increases, the fluid reservoir container model 306 of the analysis model used in the third embodiment has two different constant ceiling height portions 306a and 306b. Become. The part 306a is a part connected to the outlet model part 304, and has the same ceiling height as the highest ceiling height of the fluid reservoir container model 306 of the analysis model used in the first and second embodiments. Part 306b has a lower ceiling height than part 306a.

図9と図10は、2つの天井高さのうち低い方の高さ(部位306bの天井高さ)が異なる以外は同じ条件での計算結果である。図9では低い方の天井高さ(部位306bの天井高さ)が初期液面高さとほぼ同じであり、低い方の天井は液体に浸っている状態を初期状態としている。一方、図10では、低い方の天井下の気体層初期厚みが約15mmであり、低い方の天井は、気体と接している。双方を比較すると分かるように、図10の計算は安定しているが、図9の計算は不安定である。この理由は、図9の計算では、時間進展に伴って液面が低下するにつれて、気体と液体の界面の面積が急激に大きくなり、気体が低い方の天井と流体界面の隙間に急激に入り込むこととなり、このため、液面の高さ(重力)の方向の速度に比べて、水平成分の非常に大きな速度が発生して計算が不安定となるからである。したがって、計算途中に流体界面の面積が急激に変化しないようにすることが重要である。このため、例えば実施例1、2で使用された解析モデルのように天井高さが徐々に低くなる形状としてもよいし、図9に示すように、天井下に気体層が形成されるように初期値又は解析モデルを構成してもよい。例えば、天井下の気体層の厚みとしては、計算セル(メッシュ要素)の5メッシュ分の厚みを有してよい。   FIG. 9 and FIG. 10 show the calculation results under the same conditions except that the lower one of the two ceiling heights (the ceiling height of the part 306b) is different. In FIG. 9, the lower ceiling height (the ceiling height of the portion 306b) is substantially the same as the initial liquid level height, and the lower ceiling is in the initial state where it is immersed in the liquid. On the other hand, in FIG. 10, the initial thickness of the gas layer under the lower ceiling is about 15 mm, and the lower ceiling is in contact with the gas. As can be seen by comparing the two, the calculation of FIG. 10 is stable, but the calculation of FIG. 9 is unstable. The reason for this is that in the calculation of FIG. 9, as the liquid level decreases with time, the area of the interface between the gas and the liquid increases rapidly, and the gas rapidly enters the gap between the lower ceiling and the fluid interface. For this reason, a very large velocity of the horizontal component is generated compared with the velocity in the direction of the height (gravity) of the liquid surface, and the calculation becomes unstable. Therefore, it is important that the area of the fluid interface does not change suddenly during the calculation. Therefore, for example, the ceiling height may be gradually reduced as in the analysis models used in Examples 1 and 2, and a gas layer may be formed under the ceiling as shown in FIG. An initial value or an analysis model may be configured. For example, the thickness of the gas layer under the ceiling may have a thickness corresponding to 5 meshes of calculation cells (mesh elements).

比較例Comparative example

図11は、比較例1による定常計算例を示す図であり、図12は、比較例2による定常計算例を示す図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of steady calculation according to Comparative Example 1, and FIG. 12 is a diagram illustrating an example of steady calculation according to Comparative Example 2.

比較例1,2は、実施例1と同様に、水が上面大気開放の流路を流れる場合の水面高さと形状をシミュレーションする計算例である。本比較例は、接続流路モデル305における設定断面の部分(設定流速の部分)以外は図5、図6と同じ形状モデルでの定常計算の例と同一であり、初期条件として、液面高さは装置円筒形部分の下端面の高さとし、入口での液体流量は、図5と同条件(基準流量の10倍)とし、出口は比較例1では圧力境界、比較例2では入口と同量の質量流量境界とした。出口位置の異なる2つの計算例を示すが、いずれの場合も、液体が上流側の計算領域に充満し、妥当な計算結果が得られなかった。なお、比較例1、2と同じ設定で、上述の実施例2と同じ流量変化(図8参照)に従った過渡計算を試みたが、いずれも計算初期にエラーとなって、計算結果を得ることができなかった。   Comparative Examples 1 and 2 are calculation examples for simulating the water surface height and shape in the case where water flows through a flow path open to the upper atmosphere, as in Example 1. This comparative example is the same as the example of steady calculation in the same shape model as FIGS. 5 and 6 except for the set cross section (set flow velocity) in the connection channel model 305. The liquid flow rate at the inlet is the same condition as in FIG. 5 (10 times the reference flow rate), and the outlet is the same as the pressure boundary in Comparative Example 1, and the same as the inlet in Comparative Example 2. The mass flow boundary of the quantity. Two calculation examples with different outlet positions are shown. In either case, the liquid filled the upstream calculation area, and a reasonable calculation result could not be obtained. In addition, the transient calculation according to the same flow rate change (refer FIG. 8) as the above-mentioned Example 2 was tried by the same setting as the comparative examples 1 and 2, but all became an error at the beginning of calculation, and a calculation result is obtained. I couldn't.

以上のように、本実施例によれば、流体の出入口を直結することにより、計算領域に含まれる各流体の量(体積)が計算中に固定されるので、流体の出口と入口を直結しない比較例に比べ、格段に安定した計算が可能となる。これは、計算中に不安定となる主な原因が、これまでのような微視的な計算モデルにあるのではなく、計算モデル全体の構成、特に質量保存の計算ルーチンであることを突き止めた結果、実現された手法である。また、一般的に滞留時間の大きなモデルでは、計算領域全体の質量保存は計算の収束に時間がかかる。特に、攪拌槽などの計算の場合、液面形状が波打つことでマスバランスが振動状態となり、マスバランスの振動が液面形状の振動となることで、互いに振動を増強しあう結果となる。したがって、攪拌槽などの計算においても、本開示を適用することで、不安定要因となる計算領域全体の質量保存計算ルーチンが不要となり、液面の振動とマスバランスの振動が互いに増長しあうという問題を引き起こすことがないため、安定した計算が可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the amount (volume) of each fluid included in the calculation area is fixed during the calculation by directly connecting the fluid inlet / outlet, so the fluid outlet and the inlet are not directly connected. Compared to the comparative example, a much more stable calculation is possible. This is not the main cause of instability during the calculation, but the microscopic calculation model as in the past, but the configuration of the entire calculation model, especially the calculation routine for conservation of mass. As a result, it is an realized technique. In general, in a model with a long residence time, it takes time to converge the calculation of the mass of the entire calculation region. In particular, in the calculation of a stirring tank or the like, the mass balance becomes a vibration state when the liquid surface shape is undulated, and the vibration of the mass balance becomes a vibration of the liquid surface shape. Therefore, in the calculation of the stirring tank, etc., by applying the present disclosure, the mass conservation calculation routine for the entire calculation area that becomes an instability factor becomes unnecessary, and the vibration of the liquid level and the vibration of the mass balance increase with each other. Since it does not cause problems, stable calculation is possible.

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

例えば、上述では、本開示の原理を説明する目的のため、流体(上述の例では液体)内での反応については考慮されていないが、本開示によれば、たとえば反応攪拌槽において、反応によって液体の粘度が大きく変化する場合などに、出口配管内の液面観察から反応の進み具合を間接的に知る場合に利用することが可能である。この場合、例えば、流体の粘性を固定値にせずに、反応を考慮して時間的に変化する粘性を持たせればよい。同様に、2つの流体(上述の例では、水と気体)間の反応について考慮することも可能である。   For example, in the above, for the purpose of explaining the principle of the present disclosure, reaction in a fluid (liquid in the above example) is not considered, but according to the present disclosure, for example, in a reaction stirring tank, by reaction It can be used when the progress of the reaction is indirectly known from the observation of the liquid level in the outlet pipe when the viscosity of the liquid changes greatly. In this case, for example, the viscosity of the fluid may be given a temporally changing viscosity in consideration of the reaction without setting the viscosity of the fluid to a fixed value. Similarly, it is possible to consider the reaction between two fluids (in the above example, water and gas).

また、上述では、設定断面は、接続流路モデル305における基準流れ方向に垂直に設定されているが、接続流路モデル305における基準流れ方向(流路の長手方向)に対して斜めに設定されてもよい。   In the above description, the set cross section is set to be perpendicular to the reference flow direction in the connection channel model 305, but is set obliquely with respect to the reference flow direction (the longitudinal direction of the channel) in the connection channel model 305. May be.

また、上述では、外部との間で流体の出入りの無い閉じたモデル(各流体のバランスを固定したモデル)を用いているが、2つの流体(上述の例では、水と気体)間の反応を考慮する場合等、外部との間での流体の出入りを考慮することも可能である。   In the above description, a closed model (a model in which the balance of each fluid is fixed) in which no fluid enters and exits from the outside is used, but a reaction between two fluids (in the above example, water and gas). It is also possible to consider the flow of fluids to and from the outside.

1 自由界面シミュレーション装置
10 入力パラメータ生成部
12 モデル入力部
14 数値解析部
16 流速補正部
200 容器
201 容器本体
202 流入口
204 流出口
300 解析モデル
301 容器本体モデル部
304 流出口モデル部
305 接続流路モデル
306 流体溜め容器モデル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Free interface simulation apparatus 10 Input parameter production | generation part 12 Model input part 14 Numerical analysis part 16 Flow velocity correction | amendment part 200 Container 201 Container main body 202 Inlet 204 Outlet 300 Analysis model 301 Container main body model part 304 Outlet model part 305 Connection flow path Model 306 Fluid reservoir model

Claims (8)

連続体モデル(Eulerian-Euleria法)による数値流体計算を用いて、流入口と流出口を有する容器内における2つ以上の流体の界面の位置の解析を行う自由界面シミュレーション装置であって、
解析モデルを入力する手段と、
前記解析を実行する際の解析条件を設定する手段と、
前記数値流体計算を行う解析実行手段とを備え、
前記解析モデルは、前記容器の本体のモデルと、前記容器の流入口と流出口を接続する接続流路のモデルとを含み、
前記解析条件は、前記接続流路を流れる流体の流速の設定値を含み、
前記解析実行手段は、前記接続流路の所定位置での断面における各流体要素の流速が前記設定値になる条件で、前記解析を実行することを特徴とする、自由界面シミュレーション装置。
A free interface simulation device that analyzes the position of the interface of two or more fluids in a container having an inlet and an outlet using numerical fluid calculation by a continuum model (Eulerian-Euleria method),
Means for inputting the analysis model;
Means for setting analysis conditions for performing the analysis;
Analysis execution means for performing the numerical fluid calculation,
The analysis model includes a model of the main body of the container, and a model of a connection channel that connects an inlet and an outlet of the container,
The analysis condition includes a set value of a flow velocity of the fluid flowing through the connection channel,
The free interface simulation device, wherein the analysis executing means executes the analysis under a condition that a flow velocity of each fluid element in a cross section at a predetermined position of the connection flow path becomes the set value.
前記解析実行手段は、前記接続流路の所定位置での断面に関して、今回の計算ステップによる該断面における各流体要素の流速の計算結果を、前記設定値に置き換えて、次回の計算ステップを実行する、請求項1に記載の自由界面シミュレーション装置。   The analysis execution unit executes the next calculation step by replacing the calculation result of the flow velocity of each fluid element in the cross section by the current calculation step with the set value for the cross section at a predetermined position of the connection flow path. The free interface simulation apparatus according to claim 1. 前記解析実行手段は、前記2つ以上の流体の体積分率が維持される条件で、前記解析を実行する、請求項1又は2に記載の自由界面シミュレーション装置。   3. The free interface simulation device according to claim 1, wherein the analysis execution unit executes the analysis under a condition in which a volume fraction of the two or more fluids is maintained. 前記設定値は、固定値、又は、シミュレーション時間の経過と共に変化する可変値である、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の自由界面シミュレーション装置。   The free interface simulation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the set value is a fixed value or a variable value that changes as the simulation time elapses. 前記解析モデルは、流体を溜める流体溜め容器のモデルを更に含み、前記容器の本体のモデルにおける流入口と流出口は、前記流体溜め容器のモデル及び前記接続流路のモデルを介して接続される、請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の自由界面シミュレーション装置。   The analysis model further includes a model of a fluid reservoir that stores fluid, and an inlet and an outlet in the model of the container body are connected via the model of the fluid reservoir and the model of the connection channel. The free interface simulation apparatus according to any one of claims 1 to 4. 前記解析モデルは、外部との流体の出入りが生じない閉じた空間を内部に形成するモデルである、請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載の自由界面シミュレーション装置。   6. The free interface simulation device according to claim 1, wherein the analysis model is a model that forms a closed space in which a fluid does not enter and exit from the outside. 前記解析条件は、計算の初期値を含み、
前記計算の初期値は、前記解析実行手段による計算途中に想定される流体界面高さの変化中に、流体界面の面積が急激に変化しないように設定される、請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載の自由界面シミュレーション装置。
The analysis condition includes an initial value of calculation,
The initial value of the calculation is set so that the area of the fluid interface does not change suddenly during the change of the fluid interface height assumed during the calculation by the analysis execution unit. The free interface simulation apparatus according to any one of the preceding claims.
連続体モデル(Eulerian-Euleria法)による数値流体計算を用いて、流入口と流出口を有する容器内における2つ以上の流体の界面の位置の解析を行う自由界面シミュレーション方法であって、
解析モデルを入力するステップであって、前記容器の本体のモデル、及び、前記容器の流入口と流出口を接続する接続流路のモデルを含む解析モデルを入力するステップと、
前記接続流路を流れる流体の流速の設定値を含む解析条件を設定するステップと、
前記接続流路の所定位置での断面における各流体要素の流速が前記設定値になる条件で、前記解析を実行するステップとを含む、方法。
A free interface simulation method for analyzing the position of the interface of two or more fluids in a vessel having an inlet and an outlet using a numerical fluid calculation by a continuum model (Eulerian-Euleria method),
Inputting an analysis model, the step of inputting an analysis model including a model of the main body of the container and a model of a connecting flow path connecting an inlet and an outlet of the container;
Setting analysis conditions including a set value of the flow velocity of the fluid flowing through the connection flow path;
And executing the analysis under a condition that the flow velocity of each fluid element in a cross section at a predetermined position of the connection flow path becomes the set value.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111428434A (en) * 2020-04-10 2020-07-17 山东大学 Numerical simulation method and system for object falling in ocean current

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CN111428434A (en) * 2020-04-10 2020-07-17 山东大学 Numerical simulation method and system for object falling in ocean current

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