ACU-T：3100 ミキシングエルボにおける共役熱伝達

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、HyperMesh、AcuSolve、およびHyperViewの基本を理解しているものとします。必ずしも必須ではありませんが、このシミュレーションを実行する前にACU-T：2000 ミキシングエルボ内の乱流を完了しておくことをおすすめします。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-T3100_MixingElbowHeatTransfer.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に示しています。これは、ステンレス鋼製のミキシングエルボで構成されており、2つの入口から水がそれぞれ異なる速度と温度で流入します。形状は管のXY中央平面に関して対称です（図を参照）。



図 1. ステンレス鋼壁のミキシングエルボの概略図

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-T3100_MixingElbowHeatTransfer.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MixingElbow_HeatTransfer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_HeatTransfer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、Turbulence equationをAdvective Diffusiveに設定します。
  3. Turbulence ModelをSpalart Allmarasに設定します。


    図 2.

境界条件と材料モデルパラメータの設定

この手順は、新しい材料の作成から開始し、サーフェスの境界条件を問題に定義し、流体ボリュームと固体ボリュームに材料特性を割り当てます。

新しい材料モデルの作成

  1. Solverブラウザで、02.Materialsツリーを拡張表示します。
  2. SOLIDを右クリックして、Createをクリックします。
  3. Entity Editorで、名前をSteelに変更します。
  4. Densityを8030kg/m3に設定します。
  5. Specific heatを500J/kg-Kに設定します。
  6. Conductivityを16.2W/m-kに設定します。


    図 3.

境界条件の設定

  1. Solverブラウザで12.Surfaces > WALLの順に拡張表示します。
  2. Large_Inletをクリックします。Entity Editorで、
    1. TypeをINFLOWに変更します。
    2. Inflow typeをAverage velocityに変更します。
    3. Average velocityを0.4m/sに設定します。
    4. Temperatureを295.0Kに設定します。


    図 4.
  3. 同様に、Small_Inletをクリックします。Entity Editorで、
    1. TypeをINFLOWに変更します。
    2. Inflow typeをAverage velocityに変更します。
    3. Average velocityを1.2m/sに設定します。
    4. Temperatureを320.0Kに設定します。
  4. Outflowをクリックします。Entity Editorで、TypeをOUTFLOWに変更します。


    図 5.
  5. Symmetryをクリックします。Entity Editorで、TypeをSYMMETRYに変更します。


    図 6.
  6. 同様に、Pipe_SymmetryをクリックしてTypeをSYMMETRYに変更します。
  7. Pipe_OuterWallsをクリックします。Entity Editorで、
    1. TypeがWALLに設定されていることを確認します。
    2. Convective heat flux coefficient を100J/m2-sec-Kに設定します。
    3. Convective heat flux reference temperatureに302.594Kと入力します。


    図 7.
  8. Pipe_InnerWallsをクリックします。Entity Editorで、
    1. TypeがWALLに設定されていることを確認します。
    2. Show advanced featuresをOnに設定します。
    3. Activate Auto WallsオプションがOnに設定されていることを確認します。
      このサーフェスは、流体領域と固体領域との間の界面です。Auto_WallはAcuSolveの高度な機能であり、手動での操作を必要とせずに内部サーフェスを自動的に検出し、分割します。したがって、ここで取り上げている例では、Pipe_InnerWallsサーフェスセットが、流体領域側と固体領域側の2つに分割されます。


    図 8.
  9. Pipe_Endsをクリックします。Entity Editorで、
    1. TypeがWALLに設定されていることを確認します。
    2. Temperature BC typeをNoneに変更します。


    図 9.
  10. Fluidをクリックします。Entity Editorで、
    1. TypeをFLUIDに変更します。
    2. MaterialとしてWater_HMを選択します。


    図 10.
  11. Solidをクリックします。Entity Editorで以下の手順を実行します。
    1. TypeをSOLIDに変更します。
    2. MaterialとしてSteelを選択します。


    図 11.
  12. モデルを保存します。

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.

HyperView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。

HyperViewの起動とモデルおよび結果の読み込み

  1. HyperMeshのメインメニューでApplications > HyperViewをクリックしてHyperMeshを開きます。
    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_HeatTransfer.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。

温度分布のコンターの作成

この手順では、対称平面上と出口サーフェス上の温度コンターを表示します。
  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、Ctrlキーを押したままでSymmetryコンポーネントとPipe_Symmetryコンポーネントを選択します。これにより、グラフィックスウィンドウでSymmetryコンポーネントとPipe_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 13.
  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Temperature(s)を選択します。
  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 14.
  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 15.

    次に、出口サーフェス上の温度コンターを表示します。

  10. Outletを除くすべてのコンポーネントの表示をオフにします。
  11. Standard Viewsツールバーの をクリックします。
  12. パネル領域でComponentsエンティティセレクターをクリックしてDisplayedを選択します。
  13. パネル領域でApplyをクリックします。
    出口サーフェス上のコンタープロットが表示されます。


    図 16.

要約

このチュートリアルでは、HyperMeshを使用して共役熱伝達のCFDシミュレーションを設定する方法と、新しい材料モデルを作成する方法を体験しました。HyperMeshからAcuSolveを直接起動して解析を計算し、HyperViewを使用して解析結果をポスト処理しました。