1. NIST 実ガスモデル
自然界の流体媒体材料は非常に複雑であり、その特性パラメーターは多くの場合一定の値ではありません。シミュレーション シナリオによっては、これらの材料物理パラメータの変化する関係を任意に単純化できない場合があり、この場合、媒体パラメータを記述するためにより正確な方法を使用する必要があります。
FLUENT の材料モデルには NIST Real Gas モデルが付属しています。このモデルは REFPROP データベースに基づいており、125 の純物質の物理特性データが「.fld」形式で保存されています。REFPROP データベースは、NIST の純粋な流体方程式を使用します。これらの方程式は 3 つのモデルに基づいています。
(1) 修正ベネディクト・ウェッブ・ルービン (MBWR) 状態方程式
(2) ヘルムホルツエネルギー状態方程式
(3) 拡張対応状態
さまざまな混合物から構成される流体媒体の熱力学特性は、その混合物に適用できるヘルムホルツエネルギーの混合則を使用して計算されます。このデータベース内の一部の材料には粘度データが欠落しているため、これらの材料は NIST モデルを使用する場合の非粘性流れシミュレーションにのみ使用できることに注意してください。
| 硫化炭素 (cos.fld) |
| ジエチルエーテル (dee.fld) |
| フェニルエタン (ebenzene.fld) |
| 塩化水素 (hcl.fld) |
| 三フッ化窒素 (nf3.fld) |
| オルトハイドロゲン (orthhyd.fld) |
| 1,2-ジメチルベンゼン (オキシレン.fld) |
| 1,4-ジメチルベンゼン (キシレン.fld) |
| 44% R125/4% R134a/52% R143a (r404a.ppf) |
| 23% R32/25% R125/52% R134a (r407c.ppf) |
| 塩化メチル (r40.fld) |
| 50% R32/50% R125 (r410a.ppf) |
| 50% R125/50% R143a (r507a.ppf) |
| メチルトリフルオロメチルエーテル (re143a.fld) |
注: 物理特性を正確に記述することが、すべての場合においてシミュレーションにとって有益であるわけではありません。物性パラメータは決定される物理量と結合されることが多く、場合によっては物性モデルが正確すぎると計算の収束が困難になる場合があります。
2. NIST Real Gas モデルを有効にする
Fluent で NIST モデルをアクティブ化するには、TUI でコマンド ステートメントを使用する必要があります。
1. 適切な NIST モデルをアクティブ化します。
NIST モデルには、純粋な流体と多成分流体の 2 つのカテゴリが含まれています。起動コマンドは 2 つのモデル間で異なります。
純粋な流体の活性化コマンド:
定義/ユーザー定義/実ガスモデル/nist-実ガスモデル
NIST の本物のガスを使用しますか? [いいえ]はい
多成分流体の活性化コマンド:
定義/ユーザー定義/実ガスモデル/nist-multispecies-実ガスモデル
複数種の NIST 本物のガスを使用しますか? [いいえ]はい
または、Fluent のコマンド検索ボックスに「nist」と入力し、検索結果から目的のコマンドを直接選択してアクティブ化します。
Enter キーを押すと、コマンド ウィンドウに利用可能な冷媒のリストが表示されます。
2. 必要な冷媒を選択します
単一成分の純粋な液体の場合、システムは冷媒を選択するように求めます。
実ガスデータファイル [""] "co2.fld"を選択します
多成分流体の場合、システムは最初に冷媒の量を入力し、次に冷媒の種類をそれぞれ入力するよう求めます。
種数 [] 3
実ガスデータファイル [""] "nitrogen.fld"を選択します
実ガスデータファイル [""] "co2.fld"を選択します
実ガスデータファイル [""] "r22.fld"を選択します
次に、FLUENT はデータベースから冷媒データをロードし、関連情報を対話プラットフォームにレポートします。
次に、Fluent は NIST ルックアップ テーブルを作成するかどうかを尋ねます。デフォルトでは、このテーブルは作成されず、代わりに、各反復中に NIST 関数が材料特性値を直接評価します。ルックアップ テーブルを作成すると、熱特性が更新されるたびに NIST 関数を呼び出す必要がなく、ルックアップ テーブルは液相と気相の両方に適用できるため、計算時間を短縮できます。
計算は気相に対して実行されます
本物のガスに原料「real-gas-co2」を設定...
NIST ルックアップ テーブルを作成しますか? [いいえ]はい
「yes」を入力するとクエリ テーブルが有効になり、クエリ テーブルのパラメータ範囲を入力します。
上記の設定が完了すると、熱パラメータ計算にクエリ テーブルを使用するかどうかを尋ねられますので、「yes」と入力します。
NIST テーブルが作成されました。液相と気相の両方の特性が含まれています。
Tempcrit = 3.041282e+02 pcrit = 7.377300e+06 Dcrit = 4.676000e+02 Ttrp = 2.165920e+02
作成された NIST ルックアップ テーブルを熱特性の計算に使用しますか? [いいえ]はい
作成された NIST ルックアップ テーブルは、熱特性の計算に使用されます。
現時点では、NIST の実際の物理特性が材料リストに追加されています。
3. マテリアルのデフォルト状態を変更する
デフォルトでは、Fluent は冷媒が気体の状態であると想定します。操作が液体の状態で実行される場合は、冷媒の状態を変更するコマンドを入力する必要があります。
定義/ユーザー定義/実ガスモデル/セットフェーズ
蒸気状態を選択しますか (それ以外の場合は液体)? [はい]いいえ
no と入力して Enter を押します。コマンド ウィンドウに材料特性データが再度ポップアップ表示され、次のプロンプトが表示されます。
計算は液相に対して実行されます。
ただし、流動条件が液体の存在を許可しない場合は、
代わりに気相計算が実行されます
デフォルトの状態は変更されていますが、後でクエリ テーブルを使用する場合は、再度有効にする必要があります。
3. NIST Real Gas モデルに関する注意事項
1. 収束
NIST の実際のガス モデルの使用は、単純な理想ガス モデルよりも複雑であり、収束がより困難になります。したがって、NIST モデルを使用する場合、安定性を維持するために、密度ベースのソルバーではより小さなクーラント数が使用され、圧力ベースのソルバーではより小さな部分緩和係数が使用されます。最初に低次形式を使用して収束した解を取得し、次に精度を得るために高次形式に切り替えることをお勧めします。
2. データ範囲
NIST 実ガスモデルデータの計算には明確な計算範囲があり、このモデルを使用する場合は、計算領域内の物理量値が計算範囲内にあることを確認する必要があります。ステータス値が範囲外になると、計算が発散する可能性があり、Fluent コンソールにエラー メッセージが出力されます。
3. クエリテーブル
ルックアップ テーブルは計算速度を向上させることができますが、離散データ ポイントを補間することによって取得されます。計算領域内に物性変化が大きい箇所（臨界点など）がある場合、ルックアップテーブルの使用は避けてください。シミュレーション結果が現実と大きく異なり、収束が困難になります。
4. 補足が必要な材料特性
ユーザーが NIST 実ガス モデルを使用すると、ユーザー指定のメディア マテリアルが [作成/編集] ダイアログ ボックスに表示されます (単一コンポーネントのマテリアル名は real-gas で始まり、複数コンポーネントのマテリアルは real-gas-mixture という名前になります)。現時点では、NIST 関数によって計算された材料の一部の特性値はユーザーが入力できません。ただし、次の材料特性は NIST 関数では計算されないため、依然としてユーザー入力が必要です: 多成分材料を使用する場合の質量拡散率、および放射モデルを使用する場合の材料の放射パラメータ。
5. 固形物を事前にセットする
NIST Real Gas モデルをアクティブ化すると、FLUENT の [マテリアル] ダイアログ ボックスを開くことができなくなり、マテリアル モデルを変更できなくなります。したがって、モデルをアクティブにする前に、計算に含まれる固体材料を事前に設定する必要があります。
6. 境界条件
NIST 実ガス モデルの流入境界と流出境界は、圧力入口、質量流入口、圧力出口のみ使用できます。
7. ソルバー
密度ベースのソルバーを使用する場合、無反射境界条件は実際のガス モデルと互換性がありません。モデルに NRBC と現実的なガス モデルが必要な場合は、圧力ベースのソルバーを使用する必要があります。
8. 混相流
多成分 NIST 実ガス モデルは、どの多相モデルとも併用できません。ただし、NIST 材料は単一成分混相流でも使用できます。
さらに、NIST Real Gas Model は、Fluent 計算でユーザーが使用する流体が過熱蒸気、超臨界流体、または液体であることを前提としています。亜臨界流条件 (蒸気相と液相の共存など) はサポートされていないことに注意してください。さらに、すべての流体領域には実ガスが含まれている必要があります。
9. カスタマイズできない
ユーザーは REFPROP データベース内の材料プロパティを変更したり、カスタム材料を NIST Real Gas モデルに追加したりすることはできません。