20220121_バスケットボール周りの流れ

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1. バスケットボール周りの流れ Pythonパラスタしていません 2022年2月5日 【球体周りの流れの解析】 質問:どう設定するのか? • 定常・非定常 • 乱流モデル（壁関数） • メッシュサイズ
2. バスケットボールのモデル作成 • FreeCAD メッシュ作成 • blockMesh • snappyHexMesh 解析設定 • OpenFOAM 計算実行 • OpenFOAM 結果処理 • Paraview • PyFoam プリ処理 プリ処理 ソルバ ソルバ ポスト処理 ポスト処理 Python FreeCAD 0.19 Paraview 5.9.0 OpenFOAM v2006 Python 3.8.10(Jupyter lab) WSL2
3. やりたいこと 305cm 揚力 抗力 バスケットボールはシュートやパスでボールが回転するが飛距離に影響があるのか? スリーポイントライン6.75m フリースローライン4.225m 重力 直径24cm
4. 球技ボール 質量 直径 回転数rpm 卓球ボール 0.0027kg 0.04m 10000rpm ゴルフボール 0.45kg 0.022m 2000～2600rpm 野球ボール 0.148kg 0.75m 2200rpm サッカーボール 0.45kg 0.7m 240～600rpm バスケットボール 0.65kg 0.24m（24cm) 120rpm センサバスケットボールを用いたシュートの バックスピン回転数と入射角の計測精度検証 ※rpm:一分間あたりの回転数
5. basketball.stl internalWall-sphere.stl MRF（回転領域） internalWall-sphere.stlとbasketball.stlの 境界にz軸まわり回転流れを与える モデル作成 解析条件 流れ 回転領域と外側はcyclicAMIで接続 https://www.slideshare.net/fumiyanozaki96/openfoam-cycliccyclicamicyclicacmi- 34456484?next_slideshow=34456484 回転 https://www.terrabyte.co.jp/discover/index.php/2020/07/16/post-1504/
6. FreeCAD stlファイルとして保存 バスケットボールのモデル作成 直径 254mm
8. 球体周りの抗力係数 Cd = 0.4 1000 100000 今回の解析はどのような条件設定にするのが良いのか? • 定常・非定常 • 乱流モデル • メッシュサイズ 球体周り（無回転）の流れでモデルの妥当性を確認して回転ありのバスケットボール周りの流体解析を行う
9. 結果一覧 定常解析(simpleFoam) 流入速度:𝑉 = 1.0𝑚𝑠 物性値:動粘性係数ν = 1.511 × 10 (𝑚2/𝑠) 球体直径:𝐿 = 250𝑚𝑚 レイノルズ数𝑅𝑒 = = 6204 抗力係数𝐶𝑑 = （𝐴:投影面積） 解析条件 メッシュ数 乱流モデル 壁関数 y+(ball) min max average 抗力係数cd Case1 10000 (1辺 ≒50mm) k-ε kqRWallFunction epsilonWallFunction nutWallFunction 4.458073e+00 1.267757e+01 5.297174e+00 1.13 Case2 83655+再分割1 (1辺 ≒12.5mm) ↑ ↑ 2.039978e+00 1.240580e+01 4.606992e+00 0.29 Case3 646261+再分割1 (1辺 ≒6.5mm) ↑ ↑ 9.098848e-01 6.697606e+00 2.164132e+00 0.32 Case2 球体
10. https://www.slideshare.net/fumiyanozaki96/openfoam-36426892 メッシュ数 乱流モデル 壁関数 y+(ball) min max average 抗力係数cd Case4 83655+再分割1 (1辺 ≒12.5mm) k-ε kqLowWallFunction epsilonWallFunction nutWallFunction 3.065418e+00 1.357102e+01 9.556261e+00 0.26 Case5 83655+再分割1 (1辺 ≒12.5mm) ↑ kqLowWallFunction epsilonWallFunction nutUSpaldingWallFunction 2.841365e+00 1.728239e+01 1.153591e+01 0.29 Case6 83655+再分割1 (1辺 ≒12.5mm) k-ω SST kqLowWallFunction omegaWallFunction nutUSpaldingWallFunction 1.824973e+00 1.735742e+01 1.158133e+01 0.29
11. メッシュ数 乱流モデル 壁関数 y+ min max average 抗力係数cd Case7 調査中 k-ε kqRWallFunction epsilonWallFunction nutWallFunction 1.544425e+00 5.840127e+00 4.218506e+00 0.38 定常解析(simpleFoam) 流入速度:𝑉 = 1.0𝑚𝑠 物性値:動粘性係数ν = 1.511 × 10 (𝑚2/𝑠) 球体直径:𝐿 = 22𝑚𝑚 レイノルズ数𝑅𝑒 = = 1,444 抗力係数𝐶𝑑 = （𝐴:投影面積） 解析条件 球体
12. 2022年2月5日（土）オープンCAE関西 【意見】 • Re数が10^4~5はメッシュ数が重要 • y+が小さいからメッシュ数が少なく小さい • 乱流モデル違いに差異が出にくい • 層流ではRe数の9/4乗個のセル数が目安 • DEXCSに球体まわり（抗力係数）のチュートリアルがある（cfMesh+OpenFOAM) • 解析空間を大きくする