【OpenFOAM球体周りの抗力係数(4)】simpleFoamで定常解析でシミュレーション

こんにちは（@t_kun_kamakiri）

本記事では、以下の内容のように球体周りの流れをOpenFOMAでシミュレーションするための解説をしていきます。
複数回に分けて記事を書いていくため流体解析に興味があり、自宅PCで解析してみたいという方は最後までお付き合いください_(._.)_

本記事は前回作成したメッシュを使って球体周りの流れを解析する手順を解説します。

球体周りの流れ解説記事

ただ、OpenFOAMで球体周りの流れをシミュレーションするだけではなく、文献値がある抗力係数との比較もおこなうことで数値シミュレーションの妥当性検証も行います。

今のモデルだと高レイノルズ数領域で厳しくなりますね。 https://t.co/MrIWrC6FM2 pic.twitter.com/2nIrm4ZC8I
— カマキリ🐲Python頑張る昆虫 (@t_kun_kamakiri) February 10, 2022

高レイノルズ数領域はノートPCでの計算負荷が大きいため再現することを断念しましたが、おおむね広い範囲でレイノルズ数と抗力係数の傾向をとらえています。

本記事のシリーズは流体解析のスペシャリストを対象にしておらず、むしろ初学者でOpenFOMAを触り始めた人が「まずは自身で触りながら解析をしたい」と思ったときに使う題材としたいと考えています。

こんな方を対象

こんな方はどうぞ

逆にこんな方は向いていないかもしれません

過去にXsimというWeb上で解析設定が行えるサービスを使って球体周りの流れを解析するという記事をアップしました。
本記事よりももっと「ポチポチ」とボタンを押すだけでかいせきができるので不安な方はこちらの記事から始めてください。

解くべき方程式

今回は、定常解析をするため「simpleFOAM」を使います。

simpleFOAMがどんな用途のためのソルバなのか？って思った場合は以下の表を参考にすれば良いでしょう。

OpenFOAMの「非圧縮性流体ソルバ」を以下に示しておきます。

非圧縮性流体
adjointShapeOptimizationFoam	定常/非ニュートン流体の乱流/随伴方程式を使用することで障害物による圧損を考慮してダクト形状を最適化
boundaryFoam	定常/1次元乱流/通常は流入口での境界層条件の生成に使用
icoFoam	非定常/ニュートン流体の層流
nonNewtonianIcoFoam	非定常/非ニュートン流体の層流
pimpleFoam	非定常/時間刻み幅大/（PISOとSIMPLEを組み合わせた）PIMPLEアルゴリズム
pimpleDyMFoam	非定常/移動メッシュ/（PISOとSIMPLEを組み合わせた）PIMPLEアルゴリズム
SRFPimpleFoam	非定常/時間刻み幅大/単一の回転領域
pisoFoam	非定常/PISOアルゴリズム
shallowWaterFoam	非定常/回転を伴う非粘性の浅水方程式
simpleFoam	定常
porousSimpleFoam	定常/多孔質体（陰解法・陽解法）有りの乱流/MRF（Multiple Reference Frame）機能を使用可能
SRFSimpleFoam	定常/単一の回転領域