ACU-T：2200 SST遷移モデルを使用した翼上の遷移流

1. Windows のスタートメニューからスタート > Altair <バージョン> > AcuConsoleをクリックして AcuConsoleを起動します。
2. Fileメニューをクリックし、Newをクリックし、New data baseダイアログを開きます。
   注: ツールバーの をクリックしてNew data baseダイアログを開くこともできます。
3. 作業ディレクトリとして使用する場所に移動します。
   このディレクトリには、そのシミュレーションに関するすべてのファイルが保存されます。AcuConsoleのデータベースファイル（.acs）はこのディレクトリに保存されます。メッシュと解が作成されたら、追加のファイルとディレクトリがこのディレクトリ内に作成されます。
4. SST_Transition_Modelsという名前の新規フォルダを作成し、このフォルダを開きます。
5. データベースのFile nameとしてsst_transitionと入力します。
   注: AcuConsoleによって書き込まれたファイルを他のアプリケーションで読み取り可能にするためには、データベースのパスと名前にスペースが含まれないようにしてください。
6. データベースを保存して設定のバックアップを作成します。

1. メインツールバーで、Variable Listアイコンをクリックします。

   
   
   図 2.

   Variable Managerが開きます。

2. Variable Managerで新しい変数を作成するには、Addをクリックします。
   Variable Managerで新規に変数を作成するには、Addをクリックし、適切な入力を表の列に入力します。表の列は、変数の名前、変数を定義する式、現在の値および式の説明を表します。
3. Nameに、Uinfと入力します。
4. Expressionに、4.0と入力します。
5. Descriptionに、Free Stream Velocity of Airと入力します。
6. 下の表に示されている残りの変数に対して、このプロセスを繰り返します。

   名前	Expression	説明
   Uinf	4.0	Free Stream Velocity of Air
   alpha	1.0	Angle of attack (degrees)
   xVelocity	:=Uinf * cos(alpha*deg)	X component of velocity
   yVelocity	:=Uinf * sin(alpha*deg)	Y component of velocity

   式が入力されると、Variable Managerは下の図のように表示されます。

   
   
   図 3.

7. この時点ですべての変数と式が定義されているので、Closeを選択してVariable Managerを閉じることができます。

1. Data Tree ManagerでBASをクリックして、Data Tree内の基本ビューに切り替えます。

   
   
   図 4.

2. GlobalData Tree項目をダブルクリックして拡張表示します。
3. Problem DescriptionをダブルクリックしてProblem Description詳細パネルを開きます。
4. このケースでは、TitleとしてS809 Airfoilと入力します。
5. このケースでは、Sub titleとしてSST Transitionと入力します。
6. Analysis typeがSteady Stateに設定されていることを確認します。
7. Turbulence equationをLaminarからSSTに変更します。
8. Turbulence transition modelを、NoneからGammaに変更します。

   
   
   図 5.

1. Auto Solution StrategyをダブルクリックしてAuto Solution Strategy詳細パネルを開きます。
2. Analysis typeがSteady Stateに設定されていることを確認します。
3. Max time stepsを100に設定します。
4. Convergence toleranceを0.0001に設定します。
5. Relaxation factorに0.5と入力します。
6. TurbulenceとTurbulence transitionのフラグの両方がOnに設定されていることを確認します。

   
   
   図 6.

1. Data TreeでMaterial Modelをダブルクリックして拡張表示します。

   
   
   図 7.

2. Data TreeでAirをダブルクリックしてAir詳細パネルを開きます。
   Airの材料タイプはFluidです。AcuConsoleで作成されるすべての新しい材料に対して、Fluidがデフォルトの材料タイプとなります。
3. Densityタブで、以下を確認します。
   1. TypeがConstantに設定されていること。
   2. Densityの値が1.225 kg/m³に設定されていること。
4. Viscosityタブをクリックします。
   空気の粘性は1.781 x 10^-5 kg/m - secです。

残りの熱およびその他の材料プロパティは、このシミュレーションでは重要ではありません。ただし、ざっと目を通して、材料の仕様全体を確認します。

5. データベースを保存して設定のバックアップを作成します。これは、次のいずれかの方法で実行できます。
   • Fileメニューをクリックして、Saveをクリックします。
   • ツールバーの をクリックします。
   • Ctrlキーを押しながらSを押します。
   注: AcuConsoleで加えられた変更は、直ちにデータベースファイル（.acs）に保存されます。保存操作を実行すると、データベースがバックアップファイルにコピーされます。今後の変更内容を利用することを希望しない場合は、このバックアップファイルを使用して、その保存済み状態からデータベースを再読み込みすることができます。

1. File > Importをクリックします。
2. s809_blunt.x_tを含むディレクトリを参照します。
3. ファイル名のフィルタをParasolid File (*.x_t *.xmt *X_T …)に変更します。
4. s809_blunt.x_tを選択し、OpenをクリックしてImport Geometryダイアログを開きます。

   
   
   図 8.

   このチュートリアルでは、Import Geometryダイアログのデフォルト値を使用して形状を読み込みます。AcuConsoleを使用していた場合は、自身が変更した可能性のある設定を手動で変更して、図に示すデフォルト値と一致させてください。デフォルト設定を使用した場合は、CADモデルのボリュームはデフォルトのボリュームグループに追加されます。CADモデルのサーフェスはデフォルトのサーフェスグループに追加されます。このチュートリアルでは後ほどグループを操作して、新しいグループの作成、流れパラメータの設定、形状コンポーネントの追加、およびメッシングパラメータの設定を行います。

5. OKをクリックして形状のインポートを完了します。
6. 表示の回転やズームを行ってモデル全体を確認します。

   
   
   図 9.

1. Data Tree ManagerでGlobalを最小化し、 をクリックすることでModelツリー項目を拡張表示します。
2. Surfacesを右クリックしてDisplay offを選択し、サーフェスの表示をオフにします。
3. Volumesツリー項目を拡張表示します。
4. ボリューム名の横にある と をクリックして、デフォルトボリュームコンテナの表示のオン / オフを切り替えます。
   注: Surfacesが表示されている場合は、サーフェスとボリュームが重なっている可能性があるため、表示を切り替えても何も変わらないことがあります。
5. デフォルトボリュームグループの名前をFluidに変更します。
   1. defaultを右クリックします。
   2. コンテキストメニューからRenameをクリックします。
   3. 新しい名前としてFluidと入力し、Enterをクリックします。
      注: Data Tree内の項目の名前を変更した場合、Enterキーを押すまでは変更内容は保存されません。Enterキーを押さずに入力フォーカスをその項目から移動すると、変更内容は失われます。
6. fluidボリューム要素セットを設定します。
   1. ツリー内でFluidボリュームグループを拡張表示します。
   2. fluidの下でElement Setをダブルクリックし、詳細パネルでこれを開きます。
   3. ボリュームMediumがFluidに設定されていることを確認します。設定されていない場合は、Mediumの横にあるドロップダウンセレクターをクリックして、Fluidを選択します。
      注: AcuConsoleでのボリュームのMediumのデフォルトはFluidです。
   4. Materialモデルの横にあるドロップダウンセレクターをクリックして、Airを選択します。

   
   
   図 10.

1. Volumesを右クリックしてDisplay offを選択し、ボリュームの表示をオフにします。
2. Surfacesを右クリックして、Surface Managerを選択します。
3. Surface Managerダイアログで、Newを3回クリックし、3つの新しいサーフェスグループを作成します。
4. デフォルトサーフェス以外のすべてのサーフェスの表示をオフにします。
5. Surface 1のSurface Names（列1）の名前をSurface 3に変更して、下の表のように、Simple BC Active列とSimple BC Type列を設定します。

   
   
   図 11.

6. サーフェスをz_posおよびz_negサーフェスグループに割り当てます。
   1. z-pos行で、Add toをクリックします。
   2. 下の図に示すように、z座標が最大の平面を選択し、Doneをクリックします。
   3. 同様に、z座標が最小のサーフェスをz_negサーフェスグループに割り当てます。

      
      
      図 12.

7. 領域の外側の周囲のサーフェスをfarfieldサーフェスグループに割り当てます。次の図を参考にして必要なサーフェスを選択します。

   
   
   図 13.

   形状がAcuConsoleに読み込まれたときに、すべての形状サーフェスはデフォルトサーフェスグループコンテナに配置されました。このデフォルトサーフェスグループの名前はairfoilに変更されました。前の手順では、いくつかのサーフェスを自分で作成した他のさまざまなサーフェスグループに割り当てました。この時点で、airfoilサーフェスグループに残っているのは、翼を構成するサーフェスのみです。

8. Surface Managerダイアログを閉じます。

1. 翼のサーフェスパラメータを設定します。
   1. Data TreeのSurfacesの下で、airfoilサーフェスグループを拡張表示します。
   2. Simple Boundary Conditionをダブルクリックして詳細パネルを開きます。
   3. TypeがWallに設定されていることを確認します。
2. z_posおよびz_negサーフェスパラメータを設定します。
   1. Data TreeのSurfacesの下で、z_posサーフェスグループを拡張表示します。
   2. Simple Boundary Conditionをダブルクリックして詳細パネルを開きます。
   3. TypeがSymmetryに設定されていることを確認します。
   4. 同様に、z_negのSimple Boundary Condition typeもSymmetryに設定されていることを確認します。
3. 遠方場のサーフェスパラメータを設定します。
   1. Data TreeのSurfacesの下で、farfieldサーフェスグループを拡張表示します。
   2. Simple Boundary Conditionをダブルクリックして詳細パネルを開きます。
   3. TypeがFar Fieldに設定されていることを確認します。
      Far field境界条件を使用する場合には、流速のベクトル方向を入力する必要があります。この方向に基づいて、AcuSolveは、各要素フェイスが入口または出口のどちらとして機能するのかを決定します。この方向ベクトルを、各要素の外向きの法線と組み合わせて使用することで、モデルのフェイスに適切な境界条件が適用されます。流れがモデルに入ってくるフェイスでは、速度および乱流の変数に関する境界条件が割り当てられます。流れがモデルから出ていくフェイスでは、圧力に関する要素境界条件（つまり流出条件）が割り当てられます。

      このシミュレーションの迎角の変更を容易にするために、以前に定義した変数を使用して、遠方場境界の入口速度ベクトルを設定します。次の入力を使用して、値を設定します。

   4. X Velocityに、:=xVelocityと入力します。
   5. Y Velocityに、:=yVelocityと入力します。
   6. Turbulence input typeをAutoに設定します。
   7. Turbulence input typeをAutoに設定します。

   
   
   図 14.

   Percent turbulence intensityが0.5に設定されているのを確認できます。この値は、乱流モデルのFlow typeなどのパラメータをもとにAcuConsoleによって自動的に選択されます

1. Data TreeのGlobalの下で、Nodal Initial Conditionをダブルクリックして、詳細パネルでダイアログを開きます。
2. X velocityを:=xVelocityに設定します。
3. Y velocityを:=yVelocityに設定します。
   これにより、X velocityとY velocityがVariable Managerで指定した値と等しくなります。
4. このパネルのすべてのinitial condition typeがConstantに設定されていることを確認します。

SST乱流モデルでは、Kinetic energyとEddy frequencyの初期値を設定する必要があります。Gamma遷移モデルでは、Intermittencyの初期値または、$$\gamma$$を設定する必要があります。これらの値の合理的な推定値がわかっている場合は、初期設定欄にそれらの値を直接入力できます。１つのオプションとして、入口境界で割り当てられたものと同じ値を使用する方法もあります。初期状態に適した推定値がない場合は、AcuSolveによって乱流と遷移の変数の自動初期化を実行することも可能です。これらの値をゼロに設定すると、AcuSolveがこれらの変数の自動初期化を開始します。

5. 自動初期化を開始するには、Kinetic energy、Eddy frequency、およびIntermittencyを0.0に設定します。

   
   
   図 15.

6. データベースを保存して設定のバックアップを作成します。

1. データツリーマネージャーでMSHをクリックして、Data Tree内の設定をフィルタ処理して、メッシングに関するコントロールのみを表示します。
2. GlobalData Tree項目をダブルクリックして拡張表示します。
3. Global Mesh AttributesをダブルクリックしてGlobal Mesh Attributes詳細パネルを開きます。
4. Mesh size typeをAbsoluteに変更します。
   1. Mesh size typeの横にあるドロップダウンコントロールをクリックします。
   2. Absoluteをクリックします。
5. Absolute mesh sizeを200.0 mに設定します。
6. Mesh growth rateを1.4に設定します。
7. Set Maximum sweep angleを5.0度に設定します。

   
   
   図 16.

1. Global Treeの下で、Mesh Process Attributesをダブルクリックします。
2. Shrink mixed flagをOnに設定します。
3. 2D Boundary layer adjacent height smoothing ratioを0.25に設定します。
   このパラメータは、品質の低い要素を解像するために層の高さを局所的に調整した後、局所的な境界層の高さを隣接する要素との間でいかに滑らかに変化させるかを制御します。このパラメータの値が低いと、高さの変化が長い距離に渡って滑らかになり、値が1.0に近づくと、高さの変化が急激になります。この設定には、２次元と３次元の境界層で別々の値が存在します。このアプリケーションでは、2Dメッシュを作成し、それを３つ目の方向に押し出して、ボリュームを作成します。このため、この場合は、2D設定によってメッシュの挙動が制御されます。

   
   
   図 17.

1. Model、Surfaces、さらにAirfoilを拡張表示します。
2. Surface Mesh Attributesをダブルクリックして詳細パネルを開きます。
3. Surface Mesh Attributesチェックボックスをオンにして、アクティブにします。
   詳細パネルにより多くのオプションが表示されます。
4. Mesh size typeをAbsoluteに設定します。
5. Absolute mesh sizeに0.01mと入力します。
6. Region of influence parametersをOnに設定します。
   サーフェスからの影響領域に関するメッシュコントロールが表示されます。

   影響領域は、サーフェスからの距離に基づいて、サーフェスとサーフェスを囲んでいるボリュームメッシュのサイズと成長率を制御可能なサイズコントロールです。

7. 次のように影響パラメータを設定します。
   1. Influence type：Simple
   2. Influence size factor：2.0
   3. Influence distance：0.1
8. Boundary layer flagをOnに設定します。
   境界層メッシングに関係するメッシュコントロールが表示されます。
9. Boundary layer typeをFull Controlに設定します。
10. Resolveで、Number of Layersを選択します。
11. 残りのパラメータを次のように設定します。
    1. First element height：0.0004
    2. Total layer height：0.04
    3. Growth rate：1.2
    4. Boundary layer elements type：Tetrahedron

    
    
    図 18.

1. Edges > Newを右クリックすることで、新しいエッジを追加します。
   データツリーのEdgesの下に、新しいエントリEdge 1が作成されます。
2. Edge 1の名前をPerimeter Edgesに変更します。
3. 翼の２つの外周エッジを選択して、このグループに追加します。
   1. Perimeter Edgesを右クリックして、Add toをクリックします。
   2. 下に示すように、翼の２つの外周エッジを選択します。
   3. Doneをクリックします。

      
      
      図 19.

4. Edge Mesh Attributesをアクティブにして、ダブルクリックします。
5. Mesh size typeをAbsolute Expressionに設定します。
6. Absolute mesh size expressionをクリックして、メッシュサイズの式を記述できるテキストエディタを開きます。
   この式はメッシュエンジンによって評価され、エッジセット内のエッジ上の各位置で使用するローカルメッシュサイズが決定されます。
7. テキスト領域エディタに次の式を入力します。

   sizeMin = 0.002
   sizeMax = 0.05
   
   xMin = (0.0)
   xMax = (1.0)
   
   xCenter = ((xMin+xMax)/2.0)
   dx = ((xMax-xMin)/2.0)
   
   fac = ((dx - abs( x-xCenter) )/dx )
   
   power = (ln( sizeMax/sizeMin))
   expVal = sizeMin*exp(power*fac)
   
   linVal = sizeMin+(sizeMax-sizeMin)*fac
   
   value = expVal

   この式はサーフェスメッシュサイズの最小値と最大値（sizeMinとsizeMax）、および前縁と後縁の位置（xMinとxMax）を取り、前縁と後縁からの距離の関数として、サーフェスメッシュサイズの対数拡大を計算します。前縁と後縁のメッシュサイズはsizeMinに対応し、翼弦の中央位置のサイズはsizeMaxに対応します。

8. Okを選択して、このテキストエディタ領域を閉じ、式を受け入れます。

1. Mesh Extrusionsを右クリックし、Newを選択します。
2. Mesh Extrusion 1を右クリックしてRenameを選択し、Z extrusionと入力します。
3. z extrusionをダブルクリックして、設定ダイアログを開きます。
4. Geometry typeがsurfaceに設定されていることを確認します。
5. Side 1に対して、ドロップダウンメニューからz_negを選択します。
6. Side 2に対して、ドロップダウンメニューからz_posを選択します。
7. Extrusion typeがNumber of layersに設定されていることを確認します。
8. Number of layersを1に設定します。
9. Extrusion optionsで、All tetsを選択します。
10. OKをクリックして、これらの設定を受け入れます。

    
    
    図 20.

1. ツールバーの をクリックしてLaunch AcuMeshSimダイアログを開きます。
2. デフォルト設定のままで、OKを選択します。

   メッシング時に、AcuTailウィンドウが開きます。メッシングの進行状況はこのウィンドウで報告されます。メッシングプロセスのサマリーで、メッシュが生成されたことが示されます。

   
   
   図 21.

   注: 節点と要素の実際の数およびメモリ使用量は、マシンによって少し異なる場合があります。
3. モデリングウィンドウにメッシュを表示します。サーフェスの表示をオンにして、display typeをsolid and wireに設定します。
4. モデル内で回転やズームを行うことにより、さまざまなメッシュ領域を解析することができます。

   
   
   図 22.

1. ツールバーでをクリックしてLaunch AcuSolveダイアログを開きます。
   このケースでは、デフォルトの設定を使用します。AcuSolveは４つのプロセッサを使用して（可能な場合は、さらに多くのプロセッサを指定できる）実行され、AcuConsoleはAcuSolve入力ファイルを生成して、AcuSolveを起動します。AcuSolve は、この問題の定常状態解を計算します。
2. Okを選択して解析プロセスを開始します。

   計算中、AcuTailウィンドウが開きます。解析の進行状況はこのウィンドウで報告されます。解析プロセスのサマリーで、実行が完了したことが示されます。

   このサマリーで提供される情報は、AcuSolveで使用されるプロセッサの数に基づいています。このチュートリアル内で示されている数と異なる数のプロセッサを使用した場合は、示されているサマリーと実行時のサマリーが少し異なる場合があります。

   
   
   図 23.

3. AcuTailウィンドウを閉じ、データベースを保存して設定のバックアップを作成します。

1. ツールバーの アイコンをクリックして、AcuProbeを開きます。
2. Residual Ratioをダブルクリックして、ツリーを拡張表示します。
3. Final を右クリックし、Plot Allをクリックします。
   これにより、すべての変数（圧力、速度、渦粘性、およびintermittency）の残差がプロット領域にプロットされます。

   注: プロットを正しく表示するために、ツールバーで をクリックする必要がある場合があります。

   
   
   図 24.

4. Final を右クリックし、Plot Noneをクリックします。
5. Surface Output > airfoil > Forces and Momentsを拡張表示します。
6. x-tractionを右クリックし、Plotを選択してからy-traction を右クリックし、Plotを選択します。
   注: プロットを正しく表示するために、ツールバーで をクリックする必要がある場合があります。

   
   
   図 25.

   翼サーフェスのTraction値はほぼ収束しています。相関性に基づく遷移モデルを使用する場合は常に、解を受け入れる前に、残差だけでなく、収束の対象となる実際の解の数量も調査することをお勧めします。その他の場合では、残差がわずかに振動していても、流れ場が収束している可能性もあります。したがって、ユーザーは解の妥当性について十分な情報に基づく決定を下すには、あらかじめこの両方を並行して確認する必要があります。

7. プロットを画像として保存することもできます。
   1. AcuProbeダイアログで、File > Saveをクリックします。
   2. 画像の名前を入力して、Saveをクリックします。

1. AcuConsoleツールバーで をクリックしてLaunch AcuFieldViewダイアログを開きます。
2. OkをクリックしてAcuConsoleを起動します。
   圧力コンターがメッシュを含むすべての境界サーフェス上に表示されていることが確認できます。

   
   
   図 26.

1. 開いているAcuFieldViewウィンドウを閉じて、開いているAcuConsoleウィンドウに戻ります。
2. データベースを保存して、Gamma遷移モデルの設定を保持します。
3. 既存の作業ディレクトリ内またはその他の場所を選択して、新しいディレクトリを作成し、SST_Gamma_ReThetaという名前を付けます。
4. File > Save Asをクリックします。
5. SST_Gamma_Re_Thetaディレクトリに移動します。データベースのFile nameとしてsst_transition_gammarethetaと入力するか、好きな名前を選択します。
6. データベースを保存して設定のバックアップを作成します。

1. Data Tree ManagerでBASをクリックして、Data Tree内の基本ビューに切り替えます。

   
   
   図 34.

2. GlobalData Tree項目をダブルクリックして拡張表示します。
3. Problem DescriptionをダブルクリックしてProblem Description詳細パネルを開きます。
4. このケースでは、新しいSub titleとしてSST Transition Gamma ReThetaと入力します。
5. Turbulence transition modelを、GammaからGamma-ReThetaに変更します。

   
   
   図 35.

1. データツリーでNodal Initial Conditionをダブルクリックして、詳細パネルを開きます。
2. 自動初期化を開始するには、Transition re thetaを0.0に設定します。

   
   
   図 36.

   設定の残りを変更する必要はありません。これで、AcuSolveを起動して、Gamma-ReTheta遷移ケースでのS809翼の問題の解を取得できるようになりました。以前のケースと同じ手順に従って、結果のポスト処理を行います。

   
   
   図 37.

   
   
   

   
   
   

   
   
   

   
   
   

   Gamma-Re ThetaデータベースでAcuLiftDragとAcuGetCpCfを実行した結果を以下に示します。

   
   
   図 38.

   
   
   図 39.

   
   
   図 40.