PETボトルの中の水をいかに早く排水するか？

●ビールではないのですが、２Lのペットボトルから、いかに速く水をだすか？そんな問題に挑戦してみました。実はこの計算がワールプールタンクのシミュレーションへとつながっています。まず実験。Hirax（http://www.hirax.net/）の実験結果によると、以下のとおりでした。

１位　上に穴をあける(6秒)

２位　回転トルネード（16秒)

３位　垂直（27秒)

４位　傾ける(29秒)

●さっそくOpenFOAMをつかって計算してみよう。計算は自由表面ソルバーであるinterDymFoamを使います。ただし回転トルネードだけはちょっと工夫が必要でした。dynamicMeshの機能で回転が考慮できるはずですがうまくいかなかったので、プログラムを修正しています。回転方向の加速度が時間で変化するように工夫しました。計算結果は以下のとおりでした。3位と4位が実験とは逆転しているけど、トルネードはいい感じに計算できたので満足です。

１位　上に穴をあける（1.7秒）

２位　回転トルネード（6秒）

３位　傾ける（9秒）

４位　垂直（13秒）

●トルネードについてもう少し詳しく見てみよう。トルネードの回転加速度を0.5G（地球上の重力の0.5倍の大きさ）から3G（地球の重力の3倍）まで変えて計算したところ、0.5Gと１Gでは差がみられなかったけど、2G以上だと効果があるようです。

回転周期（1秒間に何回転させるか）について見てみましょう。周期１（1秒回に1回転）と周期0.5（1秒間に1回転）では、ほとんど同じ結果でした。速く廻してもあまり効果はないようです。もちろん1秒間に10回とか廻せば違ってくるだろうけど、人間業ではないのでそこはでは計算しなくてもいいでしょう。

　以上の計算から、トルネードで効率よく水を排出するには、1秒に1回転程度の速さで、グルングルンと大きく回転させるのが効率的と予想されます。

●気になる点：垂直と傾けた時の傾向が、実験と計算で異なるのはどうしてだろう。層流ではなく、乱流で計算しないといけないのかな？また暇なときに考えて見ます。