チョコレートファウンテン

2023年6月23日 2024年5月21日 boswp

概要

レストランで見かけるチョコレートファウンテン。
上から流れる溶けたチョコレートの滝でマシュマロをコーティングする様子をシミュレーションしました。

ANSYS Fluent 2021R1

流体解析、自由表面、VOF、ダイナミックメッシュ、オーバーセットメッシュ、overset-mesh

事例は以上です。

オーバーセットは大きな流体領域の格子と、物体側からの格子を別々に生成し、両者を重ね合わせる手法である。

一般的なCFDでは大きな運動を伴う解析を苦手としてきた。
その理由の一つは、物体の運動に伴って計算格子を変形させる必要があり、大きな移動では格子が潰れてしまうが、下図のようにオーバーセットメッシュはこの問題を回避することができる。

界面形状を追跡するために使用されます。
複数の流体相（例：液体と気体等）が存在する場合、それらの界面を正確に捉えることが重要です。
VOF手法は、流体相の混合領域や分離領域、界面の変形や接触を追跡し、その位置や形状を解析的に計算します。

気体と液体の混相流解析のうち自由表面流れの解析手法で、界面捕獲法の一つです。
図のように、メッシュのうち液体が占める体積の割合を液体充填率Fという関数として定義し、移流方程式を解いて界面を求めていきます。

F値は0から1までの値をとり、F値が0であればそのメッシュの物性は気体（例えば空気）、F値が1であればそのメッシュの物性は液体（例えば水）として取り扱います。