ホーム / 例題集 / 流体解析[Bernoulli] / 例題１５_水滴形成の解析
VOF法を用いて、四角形の初期形状から、表面張力により円形の水滴形状が形成される様子の解析例を示します。
水、空気それぞれの体積分率を見ることができます。
表に記載されていない条件は初期設定の条件を使用します。
参考として、3次元(立方体から球形)の解析モデルも用意してあります。
Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
項目 |
条件 |
解析空間 |
2次元 |
モデル単位 |
mm |
項目 |
タブ |
条件 |
||||||||
ソルバ |
ソルバの選択 |
流体解析[Bernoulli] |
||||||||
解析の種類 |
流体解析 |
過渡解析 |
||||||||
混相流の設定 |
流体解析 |
自由表面(VOF法)の解析を行う：チェック 相の設定：「000_空気、100_水」を登録
表面張力を考慮する：チェック 相ペアの設定：
|
||||||||
詳細設定 |
流体解析 詳細設定 |
コントロールボリュームタイプ：要素中心型 |
||||||||
時間ステップ |
過渡解析 |
|
||||||||
メッシュ設定 |
メッシュ |
|
ボディ No./ボディタイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
0/Face |
Water |
100_水※ |
1/Face |
Air |
000_空気※ |
※空気、水は材料データベースを利用
時刻0[s]、 0.05[s]、 0.1[s]の第2相体積分率コンター図を示します。
第2相(水)の部分が赤く表示されています。
時間とともに四角形が円形に変化していく様子が確認できます。
|
|
|---|---|
|
 |
|
 |
次に、時刻0.1[s]における静圧コンター図と(x, z) = (-20, 0)から(20, 0)までの静圧分布グラフを示します。
水滴中央の圧力と水滴の外側の圧力差は、グラフの最大値13.1[Pa]、グラフの最小値-0.7Paから、13.8[Pa]となります。
なお、気液界面の両側の圧力差の理論値は、ヤング・ラプラスの式（ 圧力差 = 表面張力係数 / 曲率半径 ）より計算することができます。
元の四角形の体積 S = 10 x 10 = 100 [mm2]
円の半径 r = ( S / π )^2 = 5.64 [mm]
ΔP = 0.07 / 5.64 x 10^-3 = 12.4 [Pa]
理論式と近い値が解析できていることを確認できます。
