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● 熱流体解析におけるキー・ワード


1.4 各マトリックス等の内容(一般要素の場合)

                       
          

      (a)(x,y,z)座標       (b)(ξ,η,ζ)座標 



図1.2 六面体一次要素

(1) 形状関数 

          

            
      
          

           


(a)から(b)への変換式

        


(2) 微分変換式
 

   



ただし、


(3) 積分変換式
         

       以上から、各マトリックスは次式のように表される。

                     (25)


 



   

                (26)



 

          
                          (27)




 直方体要素の場合    その他の  となる。


1.5  マトリックス等の内容(直方体要素の場合)


(例) Pマトリックス 




 

 図1.3 直方体要素 (M:総要素数)

                   

2 数値計算例

2.1 計算対象

初期条件 : キャビティ内で、  u=v=w=θ=0

境界条件 : − 温度:ADHE面でθ=1    BCGF面でθ=0  
その他の面で  断熱条件

         − 流速:EFGH面で w=0  その他の面でu=v=w=0


− 圧力:すべての面で  とする。




図2.1 計算対象


  初期条件 : キャビティ内で u=v=w=θ=0

境界条件 : − 温度:ADHE面で θ=1  BCGF面で θ=0 
その他の面で  ;断熱条件

− 流速 EFGH面で w=0 その他の面でu=v=w=0

− 圧力 すべての面で  とする。


2.2 計算条件

    

−メッシュ分割: 10X10X10 (等長)


     −Δt = 0.034 (クーラン数:bmax=umax×Δt/hx=0.8595)

  −なお定式化の中で移流拡散型方程式での解法は陰解法とする。

2.3 図出力の結果

   ( LOOP=29、定常判定条件δ<0.1(%)を満足 )




流速ベクトル図     等温線図

 x−y 断面図(z=0.5)

              
  
●(参考)10×10×10 (不等長) メッシュの場合

( Ra=710, Δt=0.014, Loop=63 )
    

メッシュ分割図 (不等長の場合)      三次元透視図


参考文献

(1) 松田・他3名,変形ガレルキン法による三次元自然対流問題の解析
(誤差解析手法によるアプローチ),日本機械学会論文集(B編),
66−648,(2000),1984.


(2) 松田・他3名,三次元移流拡散方程式の有限要素法による新しい定式化
(誤差解析手法によるアプローチ),日本機械学会論文集(B編),
59−561,(1993),1580.

以 上