ACU-T：2000 ミキシングエルボ内の乱流

前提条件

このチュートリアルを実行する前に、HyperWorksの入門チュートリアルであるACU-T：1000 HyperWorksユーザーインターフェースをすでに完了し. この解析を実行するには、ライセンス供与済みバージョンのHyperWorks CFDとAcuSolveにアクセスできる必要があります。

このチュートリアルを実行する前に、HyperWorksCFD_tutorial_inputs.zipを<Altair_installation_directory>\hwcfdsolvers\acusolve\win64\model_files\tutorials\AcuSolveから作業ディレクトリにコピーします。 ACU-T2000_MixingElbow.hm をHyperWorksCFD_tutorial_inputs.zipから取り出します。

問題の説明

このチュートリアルで扱う問題は、図1に示しています。これは、高速な流体を小さい入口から主管内の比較的低速な流体に注入することで管内で混合するという代表的な工業事例です。異なる速度の水が２つの入口を通って入る、90度のミキシングエルボで構成されます。形状は管のXY中央平面に関して対称です（図を参照）。



図 1. ミキシングエルボの概略図

HyperWorks CFDの起動とHyperMeshデータベースのオープン

  1. Windows のスタートメニューからスタート > Altair <バージョン> > HyperWorks CFDをクリックして HyperWorks CFDを起動します。
  2. HomeツールのFilesツールグループからOpen Modelツールをクリックします。


    図 2.
    Open Fileダイアログが開きます。
  3. モデルファイルの保存先ディレクトリを参照します。HyperMeshファイルのACU-T2000_MixingElbow.hmを選択してOpenをクリックします。
  4. File > Save Asをクリックします。
  5. 名前をMixingElbow_Turbulentとして新しいディレクトリを作成し、このディレクトリへ移動します。
    このディレクトリが作業ディレクトリになり、シミュレーションに関連するすべてのファイルがこの場所に保存されます。
  6. データベースのファイル名としてMixingElbowと入力するか、別の名前を入力します。
  7. 保存をクリックしてデータベースを作成します。

形状の検証

  1. GeometryリボンからValidateツールをクリックします。


    図 3.
    Validateツールでは、モデル全体をスキャンしてサーフェスおよびソリッドのチェックを実行し、フリーエッジ、閉じたシェル、交差、重複、細長いサーフェスなど、形状内の欠陥にフラグを付けます。

    現在のモデルには、上記のような問題は存在しません。問題が見つかった場合は、ツール名の横の括弧内の数で示されます。

    Validateアイコンの左上に青色のチェックマークが表示されているのがわかります。これは、このツールでは形状モデルの問題は検出されなかったことを示しています。


    図 4.
  2. Escまたは、モデリングウィンドウで右クリックして、緑色のチェックマークの上でカーソルを右から左にスワイプしてください。
  3. データベースを保存します。

問題の設定

シミュレーションパラメータとソルバー設定のセットアップ

  1. FlowリボンからPhysicsツールをクリックします。


    図 5.
    Setupダイアログが開きます。
  2. Physics modelsの設定で
    1. Single phase flowで Incompressibleオプションが選択されていることを確認します。
    2. Time marchingを Steadyに設定します。
    3. Turbulence modelとしてSpalart-Allmarasを選択します。
      Spalart Allmaras乱流モデルはそのロバスト性と精度から、定常状態の流れのシミュレーションに非常に適しています。


    図 6.
  3. Solver controls設定をクリックし、下の図のようにパラメータが設定されていることを確認します。


    図 7.
  4. ダイアログを閉じてモデルを保存します。

材料プロパティの割り当て

  1. FlowリボンからMaterialsツールをクリックします。


    図 8.
  2. モデルボディを選択します。
    ソリッド全体がハイライト表示されます。


    図 9.
  3. マイクロダイアログの、Materialの横にあるドロップダウンメニューをクリックして、Waterを選択します。
  4. ガイドバーでをクリックすると、コマンドが実行されてツールが終了します。

流れ境界条件の割り当て

大きい入口の境界条件の設定

ミキシングエルボの大きい入口が、平均速度に基づいて分布持った入口流速として定義されます。
  1. FlowリボンのProfiledツールグループからProfiled Inletツールをクリックします。


    図 10.
  2. 大きな入口のフェイスをクリックします。


    図 11.
  3. マイクロダイアログの、Average velocityに0.4の値を入力します。


    図 12.
  4. 入口の名前を変更します。
    1. モデリングウィンドウの左側の凡例で、Inletをダブルクリックします。
    2. Large_Inletと入力し、Enterキーを押します。
  5. ガイドバーでをクリックすると、コマンドが実行されますが、ツールは終了しません。
    注: 作成された入口の数が、Profiledツールアイコンの右上の括弧内に表示されます。

小さい入口の境界条件の設定

ミキシングエルボの小さい入口も、平均速度を使用して定義されます。Profiledツールのガイドバーは、前回の手順から開いたままのはずです。
  1. 小さな入口のフェイスをクリックします。


    図 13.
  2. マイクロダイアログの、Average velocityに1.2の値を入力します。


    図 14.
  3. 入口の名前を変更します。
    1. モデリングウィンドウの左側の凡例で、Inletをダブルクリックします。
    2. Small_Inletと入力し、Enterキーを押します。
  4. ガイドバーでをクリックすると、コマンドが実行されてツールが終了します。

出口の境界条件の設定

  1. FlowリボンからOutletツールをクリックします。


    図 15.
  2. 吹き出し口フェイスをクリックします。


    図 16.
  3. マイクロダイアログの、Static pressureとPressure loss factorの値が0であることを確認します。


    図 17.
  4. ガイドバーでをクリックすると、コマンドが実行されてツールが終了します。

対称面の境界条件の設定

この形状はXY中央平面に関して対称であるため、形状の半分を使用してモデル化できます。このことを利用するには、中央平面を対称面として特定する必要があります。対称境界条件によって、平面の片面からの流れ場は反対側からの流れ場のミラーイメージとなるなどの制約条件が適用されます。

  1. FlowリボンからSymmetryツールをクリックします。


    図 18.
  2. 対称面のフェイスを選択します。


    図 19.
  3. マイクロダイアログの、デフォルトの対象条件のまま確定します。


    図 20.
  4. ガイドバーでをクリックすると、コマンドが実行されてツールが終了します。
  5. データベースを保存します。

メッシュの生成

このチュートリアルのメッシングパラメータはすでに入力ファイルに設定されています。
  1. MeshリボンからBatchツールをクリックします。


    図 21.
    Meshing Operations ダイアログが開きます。
    注: モデルが検証されていない場合、バッチメッシュを実行する前にシミュレーションモデルを作成するように求められます。
  2. Average element sizeが0.025に設定されていることを確認します。
  3. その他すべてのデフォルト設定を受け入れます。


    図 22.
  4. Meshをクリックします。
    Run Statusダイアログが開きます。解析が終了すると、ステータスが更新され、ダイアログを閉じることができます。
    ヒント: メッシュジョブを右クリックし、View log fileを選択してメッシングプロセスの概要を表示します。
  5. モデルの裏側から、Small Inletの周りの細分割されたメッシュを確認します。


    図 23.

AcuSolveの実行

  1. SolutionリボンからRunツールをクリックします。


    図 24.
    Launch AcuSolveダイアログが開きます。
  2. Parallel processingオプションをIntel MPIに設定します。
  3. オプション: プロセッサーの数を、利用環境に合わせ、4または8に設定します。
  4. Automatically define pressure referenceオプションを無効にします。
  5. 他のオプションはデフォルト設定のままとして、Runをクリックして解析プロセスを開始します。


    図 25.
    Run Statusダイアログが開きます。解析が終了すると、ステータスが更新され、ダイアログを閉じることができます。
    ヒント: AcuSolve の実行中に、Run StatusダイアログでAcuSolveジョブを右クリックし、View Log Fileを選択して、解析のプロセスをモニターします。

HyperViewによる結果のポスト処理

チュートリアルのこの部分では、解析が収束した後、HyperViewで定常状態解析データを扱う方法を紹介します。

HyperViewのオープンとモデルおよび結果の読み込み

  1. WindowsのスタートメニューからStart > All Programs > Altair <version> > HyperViewをクリックして、HyperViewを起動します。
    HyperViewウィンドウを読み込むと、デフォルトでLoad model and resultsパネルが開きます。このパネルが表示されない場合は、File > Open > Modelの順にクリックします。
  2. Load model and resultsパネルで、Load modelの隣にある をクリックします。
  3. Load Model Fileダイアログで、作業ディレクトリに移動して、ポスト処理する解析実行のAcuSolve .logファイルを選択します。この例で選択するファイルは、MixingElbow.1.Logです。
  4. Openをクリックします。
  5. パネル領域でApplyをクリックしてモデルと結果を読み込みます。
    読み込むと、モデルが形状で色分けされます。

圧力と速度のコンタープロットの作成

この手順では、対称平面上の圧力と速度のコンタープロットを作成します。
  1. ResultsブラウザでComponentsのリストを拡張表示します。
  2. Isolate Shownアイコン をクリックしてからSymmetry - Outputコンポーネントをクリックします。これにより、グラフィックスウィンドウでSymmetryコンポーネントを除くすべてのコンポーネントが非表示になります。


    図 26.
  3. Standard Viewsツールバーの をクリックすることで、xy平面を正面から見た表示にします。
  4. Resultsツールバーで をクリックしてContourパネルを開きます。
  5. Result typeでVelocity(v)とMagが選択されていることを確認します。
  6. Components エンティティセレクターをクリックします。Extended Entity Selection ダイアログでDisplayedを選択します。
  7. Applyをクリックします。
  8. パネル領域のDisplayタブで、Discrete colorオプションをオフにします。


    図 27.
  9. Legendタブをクリックし、つづいてEdit Legendをクリックします。表示されたダイアログで、Numeric formatをFixedに変更してOKをクリックします。


    図 28.
  10. Result typeをPressure(s)に変更してApplyをクリックし、対称平面上の圧力コンターを表示します。


    図 29.

要約

このチュートリアル、では、CFDシミュレーション実行用のCFDモデルのセットアップをするための基本的なワークフローを通して作業し、AcuSolve、HyperWorks CFD、HyperViewなどのHyperWorks製品を使用して結果をポスト処理しました。まず、HyperWorks CFDでモデルをインポートしました。次に、シミュレーションパラメータを設定して、HyperWorks CFDから直接AcuSolveを起動しました。AcuSolveによる解析が完了した後、HyperViewを使用して結果をポスト処理し、コンタープロットを作成しました。