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例題１ 平行平板間の流れ（層流）

本例題について

• 平行平板間に流体を一定速度で流した場合の定常解析例を示します。
   

• 流速分布、圧力分布や流速ベクトルを解析結果として見ることができます。
   

• 表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
   

• プロジェクトファイルを取得（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）




• Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。

 

解析空間

項目	条件
解析空間	2次元
モデル単位	mm

 

解析条件

項目	条件
ソルバ 解析の種類に応じて、電磁界や応力を計算するソフト	流体解析[Bernoulli （ベルヌーイ） Femtetの流体解析ソルバの名称]
解析の種類	定常解析 熱伝導解析などで、定常状態に到達して時間変化のない状態の解析。それ以前の、時間変化のある状態を過渡解析という。
層流/乱流	層流をチェック
メッシュ ボディを四面体または三角形の要素に分割したもの。小さな要素ほど精度が良いが、計算時間が長くなる。設定	標準メッシュサイズ:1[mm]

モデル図

長方形のシートボディ 面形状（四角形、多角形、円、楕円など）をもつボディを定義し、空気（000_空気)の材料を設定します。また、左側の辺に流入、右側の辺に流出の境界条件 力、温度、電圧など、ボディの境界(トポロジ)に与える条件を設定しています。

境界条件を設定していない上下の辺には、外部境界条件として、固体壁が自動的に設定されます。

 

ボディ属性および材料の設定

ボディ No./ボディタイプ	ボディ属性名	材料名
0/Solid	Flow_path	000_空気※

※材料データベースを利用

境界条件

境界条件名/トポロジ ボディを構成する要素のこと。点、辺、面トポロジがある。	タブ	境界条件の種類	条件
Inlet/Edge	流体	流入	強制流入 流速指定 0.1 [m/s]
Outlet/Face	流体	流出	自然流出

 

このモデル形状、材料定数、流速でレイノルズ数を計算すると、63程度となり、十分に小さいため、層流で解析することができます。

一般に、数千のオーダーで乱流に遷移すると言われています。

 

粘度μ=1.816e-5[Pa s]

密度ρ=1.144[kg/m3]

動粘度ν=μ/ρ=1.816e-5/1.144=1.587e-5[m2/s]

流速V=0.1[m/s]

平板間距離L=0.01[m]

レイノルズ数Re = V*L/ν=0.1*0.01/1.587e-5 = 63

解析結果

流速分布の解析結果を示します。

 

 

流出口の辺を選択して、右クリックから「辺上のグラフ」を行った結果を示します。

 

 

層流の場合、流速分布は放物線状の分布になることが知られていますが、その通りの分布になっていることが確認できます。

また、中央の最大流速は、平均流速の1.5倍程度と言われており、流入流速0.1[m/s]の1.5倍程度になっていることが分かります。