ACU-T：2300 大気境界層問題 – 建物上方の流れ

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HyperMesh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、HyperMesh_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-T2300_Building.hm をHyperMesh_tutorial_inputs.zipから取り出します。

HyperMeshデータベース（.hm ファイル）には、メッシュとジオメトリが含まれています。このチュートリアルには、ジオメトリのインポートおよびメッシュ生成に関する手順は含まれていません。

問題の説明

このチュートリアルで扱う問題は、図 1に図示しています。一例として、この問題は、AcuSolveにおける大気境界層モデリングの機能を示しています。



図 1.

このチュートリアルでは、地表面粗度が0.03である建物上方の空気の流れをシミュレートします。このケースでは、User Defined Atmospheric Roughness Typeが考慮されます。

HyperMeshモデルデータベースを開く

  1. HyperMeshを起動し、AcuSolveのユーザープロファイルを読み込みます。
    User ProfilesからAcuSolveを選択する方法については、HyperMeshの入門チュートリアルACU-T：1000 HyperWorksユーザーインターフェースをご参照ください。
  2. 標準ツールバーのOpen Modelアイコン をクリックします。
    Open Model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-T2300_Building.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。
    Save Model Asダイアログが開きます。
  5. 名前をBuilding_ABL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Building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。

一般的なシミュレーションパラメータの設定

  1. Solverブラウザに移動して01.Globalを拡張表示し、PROBLEM_DESCRIPTIONをクリックします。
  2. Entity Editorで、TitleとしてBuildingと入力します。
  3. Analysis TypeがSteady Stateに設定されていることを確認します。
  4. Turbulence ModelをSpalart Allmarasに設定します。


    図 2.
  5. Solverブラウザで、02.SOLVER_SETTINGSグループを拡張表示し、Entity EditorでSOLVER_SETTINGSをクリックして開きます。
  6. Convergence Toleranceを0.001に設定します。
  7. Relaxation factorを0.4に設定します。


    図 3.

境界条件と材料モデルパラメータの設定

この手順では、この問題の境界条件（BC）とfluid volume用に材料プロパティを割り当てます。

材料モデルパラメータの設定

  1. Solverブラウザで、02.Materials > FLUIDの順に拡張表示してAir_HMをクリックします。
  2. Material TypeをFLUIDに設定します（まだ設定されていない場合）。残りのデフォルト値はそのままにします。


    図 4.

流体ボリューム材料の設定

  1. Solverブラウザで、11.Volumes > FLUIDの順に拡張表示してfluidをクリックします。
  2. TypeをFLUIDに設定します。
  3. MaterialをAir_HMに設定します。


    図 5.

境界条件の設定

  1. Solverブラウザで、12.Surfaces > INFLOWの順に拡張表示してInflowをクリックします。Entity Editorで、
    1. TypeをINFLOWに設定します。
    2. Inflow TypeをAtmosphericに設定します。
    3. Atmospheric Roughness TypeをUser valueに設定します。
    4. Atmospheric Ground Roughnessを0.001に設定します。
    5. Atmospheric Reference Vel TypeをFriction velocityに設定します。
    6. Atmospheric Friction Velocityを0.106に設定します。
    7. Atmospheric Ground Originで、座標を(0, 0, 0)に設定します。
    8. Atmospheric Ground Normal Directionで、座標を(0, 0, 1)に設定します。
    9. Atmospheric Flow Directionで、座標を(1, 0, 0)に設定します。


    図 6.
  2. OUTFLOWを拡張表示して、Outflowをクリックします。Entity Editorで、TypeをOUTFLOWに変更します。


    図 7.
  3. WALLを拡張表示して、Buildingをクリックします。Entity Editorで、TypeをWALLに変更します。


    図 8.
  4. WALLで、Wallをクリックします。Entity Editorで、
    1. TypeをWALLに変更します。
    2. Roughness heightを0.03に設定します。


    図 9.
  5. SLIPを拡張表示して、Slipをクリックします。Entity Editorで、TypeをSLIPに変更します。


    図 10.

節点初期状態の設定

  1. Solverブラウザで、01.GLOBAL > 03.NODAL_INITIAL_CONDITIONSの順に拡張表示してNODAL_INITIAL_CONDITIONをクリックします。
  2. PressureのDefault valueが0.0であることを確認します。
  3. Velocityがすべての方向について0.0であることを確認します。
  4. Eddy viscosityを0.0001に変更します。


    図 11.

解析計算

この手順では、HyperMeshからAcuSolveを直接起動して解析を完了します。

AcuSolveの実行

  1. すべてのメッシュコンポーネントの表示をオンにします。
    解析を実行するには、アクティブなすべてのコンポーネントのメッシュを可視化した状態にする必要があります。
  2. ACUツールバーの をクリックします。
    Solver job Launcherダイアログが開きます。
  3. オプション: 解析時間を短縮するには、使用可能なプロセッサの数に応じて、使用するプロセッサの数に大きい値（4または8）を設定します。
  4. Output time stepsはAllまたはFinalに設定できます。これは定常状態解析なので、最後の時間ステップでの出力が得られれば十分です。
  5. 他のオプションはデフォルト設定のままとして、Launchをクリックして解析プロセスを開始します。


    図 12.

AcuFieldViewによる結果のポスト処理

解析が収束した後、AcuProbeウィンドウとAcuTailウィンドウを閉じます。HyperMeshウィンドウに移動し、AcuSolve Controlタブを閉じます。

AcuFieldViewアイコン をクリックしてAcuFieldViewダイアログを開きます。

モデルと結果の読み込み

  1. AcuFieldViewダイアログで、ファイル横のをクリックします。
  2. 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、 Building.1.Log
  3. をクリックし、AcuSolveインストールディレクトリ(<AcuSolve_installation_directory>hwcfdsolvers/acusolve/win64/)に移動し、binフォルダーを選択し（デフォルトで選択されていない場合）ソルバー実行ディレクトリに設定します。
  4. Launchをクリックします。
    メッシュとともにすべてのサーフェスがAcuFieldViewに表示されます。
  5. Viewer Optionsをクリックします。


    図 13.
  6. Viewer Optionsダイアログで：
    1. Perspectiveを選択解除して、遠近法表示をオフにします。
    2. Axis Markersをクリックして、 軸マーカーを無効にします。
    3. Closeをクリックします。
  7. ツールバーで、Colormapアイコン をクリックします。
  8. Scalar Colormap SpecificationダイアログでBackgroundをクリックし、Whiteを選択します。
  9. Scalar Colormap Specificationダイアログを閉じます。
  10. ツールバーでToggle Outlineアイコン をクリックし、輪郭表示をオフにします。

Y平面上に速度を表示するサーフェスの調整

  1. Boundary SurfaceダイアログのSurafceタブでアクティブな境界面のVisibilityオプションを無効にします。
  2. をクリックしてCoordinate Surfaceダイアログを開きます。
  3. Createをクリックして、新しい座標サーフェスを作成します。
  4. 面をYに設定します。
  5. ColoringをScalarに変更します。
  6. Display TypeをSmoothに設定します。
  7. Scalar Functionリストで、表示するスカラー関数としてvelocity_magnitudeを選択します。
  8. Colormapタブで、Scalar Coloringをlocalに変更します。
  9. Legendタブで、Show Legendチェックボックスをオンにして、座標平面上に速度値を表示します。
  10. Defined Viewsで、表示方向に-Yを選択します。


    図 14.

Y平面上に速度ベクトルを表示するサーフェスの調整

  1. Surfaceタブで、ID 1のサーフェスのVisibilityをオフにします。
  2. Createをクリックして、新しい座標サーフェスを作成します。
  3. 面をYに設定します。
  4. ColoringをScalarに変更します。
  5. Scalar Functionリストで、表示するスカラー関数としてvelocity_magnitudeを選択します。
  6. Display TypeをVectorsに設定します。
  7. Vectorsの横で、Optionsをクリックします。
  8. VECTOR HEADを2Dに設定します。
  9. Head Scalingをアクティブにして、0.2に設定します。
  10. Length Scaleを1に設定します。
  11. Skipオプションをアクティブにして、その値を75%に設定します。


    図 15.

Z平面上に速度を表示するサーフェスの調整

  1. サーフェスのID 1と2の座標サーフェスを削除します。
  2. Createをクリックして、新しい座標サーフェスを作成します。
  3. 面をZに設定します。
  4. ColoringをScalarに変更します。
  5. Display TypeをSmoothに設定します。
  6. Scalar Functionリストで、表示するスカラー関数としてvelocity_magnitudeを選択します。
  7. Colormapタブで、Scalar Coloringをlocalに変更します。
  8. Legendタブで、Show Legendチェックボックスをオンにして、座標平面上に速度値を表示します。
  9. Defined Viewsで、表示方向を+Zとして選択します。


    図 16.

Z平面上に速度ベクトルを表示するサーフェスの調整

  1. Surfaceタブで、ID 1のサーフェスのVisibilityをオフにします。
  2. Createをクリックして、新しい座標サーフェスを作成します。
  3. 面をZに設定します。
  4. ColoringをScalarに変更します。
  5. Scalar Functionリストで、表示するスカラー関数としてvelocity_magnitudeを選択します。
  6. Display TypeをVectorsに設定します。
  7. Vectorsの横で、Optionsをクリックします。
  8. VECTOR HEADを2Dに設定します。
  9. Head Scalingをアクティブにして、0.2に設定します。
  10. Length Scaleを1に設定します。
  11. Skipオプションをアクティブにして、その値を75%に設定します。


    図 17.

要約

このチュートリアルでは、HyperWorks製品であるAcuSolve、HyperMesh、AcuFieldViewを使用し、CFDモデルを設定してCFDシミュレーションを実行し、その結果をポスト処理するための基本的なワークフローを体験しました。まず、HyperMesh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、HyperMeshから直接AcuSolveを起動しました。AcuSolveによる解析が完了した後、AcuFieldView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。