==================================================================== DSMC_2D.xls Version 1.1.5 伝宝　一樹 denpoh@mvi.biglobe.ne.jp Nov 08, 2023 ==================================================================== 【概　　要】 DSMC_2D.xlsはMicrosoft Excel上で動作するDirect Simulation Monte Carlo (DSMC) [1-4] の2次元汎用コードです．Excelシートのセルを計算 格子のcellに見立てて形状入力したら楽なのでは？と思い，Excelのマクロ として組み込んでみました． 現バージョンでの主な特徴は下記の通りです． Version 1.1.4以後のバージョンには，多孔質体をや表面粗さをモデル化 するための独自の新技術Virtual Solid Cell (VSC)を搭載しています． - 2次元 (x-y平面) - 最大セルサイズ50×50 - 純ガス - Maxwell分子 - 内部自由度 - Variable Hard Sphere (VHS) モデル - Larsen-Borgnakkeモデル - Virtual Solid Cell (VSC) まだまだ機能は限定されていますが，気軽に希薄流解析を試せるDSMCコード として遊んでみて下さい．バグは取り切れていないと思いますので，もし 発見した場合には，作者までご連絡いただければ幸いです． 参考文献 [1] G. A. Bird: Molecular Gas Dynamics, Clarendon Press, 1976. [2] K. Nanbu: Stochastic Solution Method of the Boltzmann Equation I, Mem. Inst. Fluid Sci., Tohoku Univ., Vol. 3 (1992), pp. 47-93. [3] K. Nanbu: Theory on the Monte Carlo Simulation of Rarefied Flows Based on the BGK, Holway, Kac, and Boltzmann Equations, Mem. Inst. Fluid Sci., Tohoku Univ., Vol. 5 (1994), pp. 83-120. [4] K. Nanbu: Stochastic Solution Method of the Boltzmann Equation II, Gas Mixture, Diatomic Gas, Reactive Gas, and Plasma, Mem. Inst. Fluid Sci., Tohoku Univ., Vol. 7 (1997), pp. 53-101. 【使用方法】 １．形状および計算条件の設定 アーカイブに同梱されたサンプルを参考に，マゼンタ色のタブを有する4枚 のシート 　Cells　(形状入力およびcellの定義) 　Conds#1　(計算条件-1) 　Conds#2　(計算条件-2) 　SolverCtrl　(ソルバー設定) を設定して下さい． (1) 形状入力およびcellの定義　("Cells"シート) 列(横)方向にx軸、行(縦)方向下側に向かってy軸を取っています． シートの各セルを計算格子のcellに見立てていますので，各cellの大きさは 均一です．cellのx，y方向の各辺の長さは"Conds#1"シートで定義します． 壁面(番号：1から9)で流体領域(番号：0)を囲むように各セルにcell番号を 入力して形状を定義します．壁面番号を定義されていないセルは計算領域外 となります． 各壁面の境界条件は"Conds#2"シートで定義します．番号1から9の壁面の うち，inlet(流入境界)とoutlet(流出境界)をそれぞれ一つずつ設けること ができます．どの番号の壁面がinletやoutletに対応するのかは，"Conds#1" シートで定義します．inletやoutletが不要の場合には，"Cells"シートで 使用していない壁面番号を割り当てて下さい． (2) 計算条件の入力　("Conds#1"シート) - セルの各辺の長さ - ガスの物性(分子量，粘性係数，内部自由度) - 参照条件(圧力，温度) - 初期条件(圧力，温度，cell当たりの計算粒子数) - "Cells"シートで定義した壁面数 - 流入境界条件(壁面番号，境界タイプ，圧力，流速) - 流出境界条件(壁面番号，境界タイプ，圧力) を入力します． 境界タイプは以下の通りです． - 圧　　力：圧力を固定します． - 流　　速：流速を固定します． - 反　　射："Conds#2"で対応する壁面番号の付着係数(sticking 　　　　　　coefficient)を参照し，その確率に応じて粒子を流出させたり， 　　　　　　反射させて，流出量を調整できます． - 完全真空：計算領域内の粒子が流出するのみ．境界から計算領域内への 　　　　　　粒子の流入はありません． (3)計算条件の入力　("Conds#2"シート) "Cells"シートで定義した各壁面の境界条件を設定します． - 壁面温度 - 反射/付着確率 拡散反射，鏡面反射，付着(流出)の各確率の合計が1になるよう調整 　　して下さい． - 壁面移動速度(x方向，y方向) - 空孔率(epsion_RSC) 　　VSC関連論文で記述されている空孔率epsion_RSCを入力して下さい． 　　VSCの空孔率epsion_VSCは 　　　　epsion_VSC = epsion_RSC^2 　　として，ソルバー内部で処理されます．また， 　　　　epsion_VSC = 0 　　の場合，完全固体セルとして取り扱われます． (4)ソルバー設定　("SolverCtrl"シート) - Restart File Name 　継続計算する場合にリスタートファイル名を記入します．読み込む 　リスタートファイルは，DSMC_2D.xlsと同じフォルダに置いてください． 　デフォルトでは，DSMC_2D.rstが生成されます．リスタートファイルを 　指定しない場合には，"Conds#1"シートで設定した初期条件からの計算 　開始となります． - # of Time-steps to Run 　計算を走らせるステップ数を指定します．総ステップ数ではありません． 　最小単位は10ステップです．すなわち，1を入力しても最低10ステップは 　計算します． - Start Sampling at 　データのサンプリングを開始するステップ数を指定します．総ステップ数 　に対する値です．総ステップ数は"Log"シートを参照して下さい． 　総ステップ数よりも大きな値を指定した場合には，これまでサンプリング 　されたデータは破棄されます．リスタート等でデータのサンプリングを 　やり直したい場合等にご活用下さい． - Logging Interval 　"Log"シートに表示されるログを記録するステップ間隔です． - Append Log? 　リスタート時にログを続けて記録するか，消去するかを指定します． ２．計算の実行 気の利いたスタート/ストップ用のボタンは，特に設けてはおりません． 実行はファイルメニューより 　表示　→　マクロ　→　マクロの表示 を開きDSMC_2Dを選択，実行(R)を押します．計算が開始し，"Log"シートに 各ステップにおける全粒子数と平均運動エネルギーが表示されます．定常 状態の判定の参考にして下さい． 途中で計算を止めたい場合にはExcelを閉じて下さい．形状および計算条件 を設定後，計算前に保存しておくことをお薦めします． ３．計算結果の表示 データのサンプリングが開始されていた場合，計算終了後以下のシートに 各グリッド上(cell中心ではない)のデータが記録されます． - "n"シート ： 数密度 [1/m3] - "V"シート ： 流速 [m/s] - "p"シート ： 圧力 [Pa] - "T"シート ： 全温度 [K] - "Ttr"シート ： 並進温度 [K] - "Tint"シート： 内部温度 [K] - "q"シート ： 熱流束 [W/m2] また，それぞれの物理量のコンター図は以下のシートに表示されます． - "Plot_n"シート ： 数密度 [1/m3] - "Plot_V"シート ： 流速 [m/s] - "Plot_p"シート ： 圧力 [Pa] - "Plot_T"シート ： 全温度 [K] - "Plot_Ttr"シート ： 並進温度 [K] - "Plot_Tint"シート： 内部温度 [K] - "Plot_q"シート ： 熱流束 [W/m2] 同時に，DSMC_2D.xlsと同じフォルダに描画ソフトウェア「AV似非」 (おりいるの実験室　http://hp.vector.co.jp/authors/VA011972/)用の データが保存されます． - AVESE_Dns.dat ： 数密度 [1/m3] - AVESE_Vel.dat ： 流速およびベクトル [m/s] - AVESE_Prs.dat ： 圧力 [Pa] - AVESE_Tmp.dat ： 全温度 [K] - AVESE_Ttr.dat ： 並進温度 [K] - AVESE_Tint.dat： 内部温度 [K] - AVESE_Hflx.dat： 熱流束およびベクトル [W/m2] AV似非で描画されることをお薦めします． 【著作権および免責等】 DSMC_2D.xlsの著作権は，作者である伝宝　一樹が保有しています． このソフトウェアを使用したことによって生じた如何なる障害・損害も，作 者は一切の責任を負いません．使用者の責任において使用するものとします． 【転載および再配布】 DSMC_2D.xlsの転載や再配布は一切禁じます． 【最新情報の入手先】 最新バージョンは，ホームページ上で公開いたします．質問，要望，不具 合の報告等は，メールにてご連絡ください． 　　HomePage: http://www2b.biglobe.ne.jp/~denpoh/ 　　E-mail: denpoh@mvi.biglobe.ne.jp 【更新履歴】 Version 1.1.5 (2023.11.08) - 計算領域外におけるVSC設定のバグ修正． Version 1.1.4 (2022.09.03) - 新機能 Virtual Solid Cell (VSC) の搭載． Version 1.1.3 (2017.01.22) - 精度向上のための小改良． Version 1.1.2 (2010.12.30) - Cell設定のチェックに関するバグの修正． - 内部自由度が0の場合，並進温度と内部温度の保存を省略． Version 1.1.1 (2010.12.13) - 不正な入力のセルにフォーカスを当てる機能の修正． Version 1.1.0 (2010.11.27) - 内部自由度の考慮． - 熱流束の計算機能の追加． Version 1.0.0 (2010.10.12) - 初版のリリース． ==================================================================== Copyright(C) 2007-2023 Kazuki Denpoh All Rights Reserved.