ACU-T：4001 タンクへの注水

前提条件

このチュートリアルでは、レベルセット法を使用した過渡的なダム決壊のシミュレーションを設定および解析して、その結果を表示する手順を説明します。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、HyperWorks CFD、AcuSolve、およびHyperViewの基本を理解しているものとします。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-T4001_tank2D.x_t をHyperWorksCFD_tutorial_inputs.zipから取り出します。

問題の説明

ここで解析する問題を以下の図に示します。図1は、時間t=0の時点で半分まで満たされた水タンクの概略図です。t=0で入口からの注水を開始し、その注水の進捗に伴う水と空気との界面の変化を、過渡シミュレーションで可視化できます。



図 1.

HyperWorks CFDの起動とHyperMeshモデルデータベースの作成

  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。
    HyperWorks CFDが読み込まれると、Geometryリボンが表示されます（デフォルト）。
  2. 以下の方法のいずれかで新規.hmデータベースを作成します。
    • メニューバーで、File > Saveをクリックします。
    • HomeツールのFilesツールグループからSave Asツールをクリックします。


      図 2.
  3. Save File Asダイアログで、データベースを保存したいディレクトリを指定します。
  4. データベース名として FillingTankを入力して、Saveをクリックします。
    このディレクトリが解析用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。

形状のインポート検証

形状のインポート

  1. メニューバーからFile > Import > Geometry Modelをクリックします。
  2. Import Fileダイアログで、作業ディレクトリに移動し、 ACU-T4001_tank2D.x_tを選択してOpenをクリックします。
  3. Geometry Import Optionsダイアログで、すべてのオプションをデフォルト設定にしたままImportをクリックします。


    図 3.


    図 4.

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 5.
    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 6.
  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 7.
    Setupダイアログが開きます。
  2. Physics modelsの設定で
    1. Multiphase flowラジオボタンを有効にします。
    2. Multifluid typeをImmiscibleに、Immiscible materialをAir-Waterに設定します。
    3. Time step sizeを0.01に、Final timeを3.0に設定します。
    4. TurbulenceモデルとしてLaminarを選択します。
    5. y方向のgravityを-9.81 m/sec2に設定します。


    図 8.
  3. Solver Controls設定をクリックし、Maximum stagger iterationsを4に設定します。


    図 9.
  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 10.
  2. ダム形状の任意の場所をクリックします。
  3. マイクロダイアログで、MaterialドロップダウンからAir-Waterを選択します。


    図 11.
  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。

流れ境界条件の定義

  1. FlowリボンからSlipツールをクリックします。


    図 12.
  2. 下の図に示すように、正のZ軸上の一番右のフェイスを選択します。


    図 13.
  3. Boundaries凡例でSlipをダブルクリックし、これをz_posという名前に変更して、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ますが、ツールは終了しません。
  5. モデルを回転して、反対のフェイスを選択します。
  6. Boundaries凡例でSlipをz_negという名前に変更します。
  7. 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。
  8. Constantツールをクリックします。


    図 14.
  9. 下の図に示されている注入口サーフェスを選択します。


    図 15.
  10. マイクロダイアログで、
    1. Inflow velocity typeをNormalに設定します。
    2. Normal velocityを1.5m/sに設定します。
    3. incoming immiscible fluidとしてWaterを選択します。
  11. 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。
  12. Outletツールをクリックします。


    図 16.
  13. 下の図に示されている出口サーフェスを選択します。


    図 17.
  14. マイクロダイアログでHydrostatic pressureをアクティブにします。
  15. 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。
  16. データベースを保存します。

メッシュの生成

この手順では、まずInteractiveメッシングツールを使用してサーフェスメッシュを作成します。次にモデルのグローバルメッシュサイズと成長率を指定し、MeshリボンのBatchツールを使用してボリュームメッシュを生成します。

サーフェスメッシュの作成

  1. MeshリボンからInteractiveツールをクリックします。


    図 18.
    デフォルトでは、Createは2番目のリボンから選択する必要があります。
  2. ガイドバー で をクリックしてオプションメニューを開き、次の変更を加えます：
    1. Element sizeを0.01に設定します。
    2. Element typeをR-Triasに設定します。
    3. Adaptive meshを拡張表示し、Curvature based refinementオプションをアクティブにします。
      残りの設定はそのままにします。


    図 19.
  3. ガイドバーでエンティティセレクターをSolidsに変更し、モデリングウィンドウでそのソリッドを選択します。
  4. マイクロダイアログまたはガイドバーでMeshをクリックし、サーフェスメッシュを生成します。
  5. サーフェスメッシュが作成されたら、Escキーを押してツールを終了します。

ボリュームメッシュの生成

  1. MeshリボンからBatchツールをクリックします。


    図 20.
    Meshing Operations ダイアログが開きます。
  2. Mesh sizeオプションがAverage sizeに設定されていることを確認します。
  3. Average element sizeを0.02に設定します。
  4. Mesh growth rateを1.0に設定します。


    図 21.
  5. 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。

節点出力と節点初期状態の定義

この手順では、節点出力の頻度を定義し、水柱の節点初期状態を指定します。

節点出力頻度の設定

  1. SolutionリボンからFieldツールをクリックします。


    図 22.
    Field Outputダイアログが開きます。
  2. Solution variablesを開きます。
  3. Write initial conditionsオプションを有効にします。
  4. Write results at time step intervalオプションが有効になっていることを確認します。
  5. Time step intervalを1に設定します。


    図 23.

節点初期状態の定義

  1. SolutionリボンからPlaneツールをクリックします。


    図 24.
  2. タンクソリッド上でクリックし、ガイドバーの選択を確認します。


    図 25.
  3. ガイドバーでPlaneをクリックし、ソリッドの中心付近をクリックします。
  4. マイクロダイアログの左上にある をクリックし、Fluidを選択して、ダイアログ内の空白部分をクリックします。
  5. Value fieldをWaterに変更します。


    図 26.
  6. 右上の をクリックし、Vectorツールを使用して平面の方向を設定します。
  7. 平面定義のマイクロダイアログで、法線の向きが負のy軸（すなわち、0, -1, 0）に沿った向きであることを確認します。


    図 27.
  8. をクリックし、座標を(0, 0, 0)に設定して、Enterキーを押します。


    図 28.
  9. 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。
  10. データベースを保存します。

AcuSolveの実行

  1. SolutionリボンからRunツールをクリックします。


    図 29.
    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. Default initial conditionsタブを拡張表示し、Pre-compute flowオプションを無効にします。
  6. x velocityを0に設定します。
  7. Immiscible fluidをAirに設定します（設定されていない場合）。
  8. 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 30.
    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

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、FillingTank.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。

水流アニメーションの作成

この手順では、入口から注入される水流のアニメーションを作成します。

  1. 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。
  2. HV-DisplayツールバーのSection Cutアイコン をクリックします。
  3. パネル領域でAddをクリックし、新しい断面を作成します。
  4. Define planeセクションで、軸をZ-Axisに設定し、Applyをクリックします。
  5. Displayオプションのセクションで、オプションをClipping planeからCross sectionに変更します。
  6. Gridlineをクリックします。Gridline OptionsダイアログでShowオプションを無効にし、OKをクリックします。


    図 31.
  7. Resultsツールバーで をクリックしてContourパネルを開きます。
  8. Result typeとしてVolume_fraction-2-Water (s)を選択します。
  9. Applyをクリックして、最初の時間ステップにおける体積分率コンターを表示します。
  10. Legendタブをクリックし、つづいてEdit Legendをクリックします。
  11. Edit Legendダイアログで、Number of levelsを2、Numeric formatをFixedにそれぞれ変更し、OKをクリックします。


    図 32.
  12. AnimationツールバーでAnimation Controlsアイコン をクリックします。
  13. Max frame Rateスライダーを50fpsまでドラッグします。
  14. Start/Pause Animationアイコン をクリックして、グラフィックス領域でアニメーションを再生します。

アニメーションの保存

  1. メニュー領域でPreferences > Export Settings > AVIの順に選択します。
  2. Export Settings AVIダイアログで、Frame rateを50fpsに設定してOKをクリックします。
  3. ImageCaptureツールバーでSave Image to Fileオプションがオンであることを確認します。


  4. Capture Graphics Area Videoアイコン をクリックします。
    Save Graphics Area Video Asダイアログが開きます。
  5. ファイルの保存先とする場所に移動し、任意のファイル名を指定してSaveをクリックします。

要約

このチュートリアルでは、HyperWorks CFDとAcuSolveを使用して多相流タンク注水問題を正しく設定し、解析する方法を知ることができました。まず、形状をインポートし、流れの設定を計算しました。ボリュームメッシングが完了したら、平面初期化のツールを使用して氷柱の場の初期条件を指定しました。解析を計算した後、その結果をHyperViewでポスト処理し、水流のアニメーションを生成しました。