ACU-T:4100 代数オイラーモデルを使用した多相流

このチュートリアルでは、管を流れる二相流の過渡シミュレーションを、代数オイラーモデルを使用して実行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 CFDAcuSolve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 CFDAcuSolve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<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-T4100_LPipe.hm をHyperWorksCFD_tutorial_inputs.zipから取り出します。

注: このチュートリアルでは、ジオメトリのクリーンアップとメッシングに関する手順は説明しません。

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。代数オイラー(AE)モデルは、分散領域と搬送領域の間で見られる運動量交換のシミュレーションに使用します。AEモデルを使用して多相流をシミュレーションする場合は、搬送領域を流体とする必要があります。分散領域は任意の媒質とすることができます。

この問題では、搬送領域の材料は水であり、分散領域の材料は空気であると考えます。流体は、1m/secの平均速度で入口から流入し、その位置での水と空気の体積分率は、それぞれ96%と4%です。



図 1.

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-T4100_LPipe.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Algebraic_Eulerian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LPipe_Disperse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

Validateツールは、モデル全体をスキャンし、サーフェスおよびソリッド上でチェックを実行して、形状に不具合(フリーエッジ、閉じたシェル、交差、重複、スライバーなど)があればフラグ付けします。

シミュレーションの物理パートに集中するために、このチュートリアルの入力ファイルにはすでに検証済みの形状が含まれています。GeometryリボンのValidateアイコンの左上隅に青色のチェックマークが表示されていることを確認します。これは、形状が有効で、フロー設定に進めることを示しています。


図 3.

流れのセットアップ

材料の作成

  1. FlowリボンからMaterial Libraryツールをクリックします。


    図 4.
    Material Libraryダイアログが開きます。
  2. Settingsで、Disperse Multiphaseをクリックして、My Materialsタブをクリックします。
  3. をクリックして、新しい材料を作成します。
  4. 材料にAir in Waterという名前を付け、以下に示すプロパティを割り当てます。


    図 5.

一般的なシミュレーションパラメータの設定

  1. FlowリボンからPhysicsツールをクリックします。


    図 6.
    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Disperseに、Disperse materialをAir in Waterに設定します。
    3. Time step sizeを0.01に設定します。
    4. Turbulence モデルとしてSpalart-Allmarasを選択します。
    5. y方向のgravityを-9.81 m/sec2に設定します。


    図 7.
  3. Solver controls設定をクリックし、以下を確認します。
    1. Minimum stagger iterationが2に設定されていること。
    2. Maximum stagger iterationが4に設定されていること。
    3. Transient maximum stepが150に設定されていること。
    4. FlowMultifluidTurbulenceのチェックボックスがアクティブであること。


    図 8.
  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 9.
  2. モデルソリッドを選択します。
  3. MaterialドロップダウンメニューからAir in Waterを選択します。


    図 10.
  4. ガイドバーをクリックすると、コマンドが実行されてツールが終了します。

流れ境界条件の定義

  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 11.
  2. 下図でハイライトされているInlet面をクリックします。


    図 12.
  3. マイクロダイアログで、Average velocityに1.0と入力し、Carrier fluid volume fractionに0.96と入力します。


    図 13.
  4. ガイドバーをクリックすると、コマンドが実行されてツールが終了します。
  5. Outletツールをクリックします。


    図 14.
  6. 下図でハイライトされている面を選択し、ガイドバーをクリックします。


    図 15.
  7. Slipツールをクリックします。


    図 16.
  8. 下図でハイライトされている上面と下面を選択し、ガイドバーをクリックします。


    図 17.
  9. モデルを保存します。

メッシュの生成

ソルバーの設定に焦点を当てるために、ここでは、すでに定義されているメッシュの設定を使用します。
  1. MeshリボンからBatchツールをクリックします。


    図 18.
  2. Meshing Operationsダイアログで、Average element sizeを 0.00104に設定します(まだ設定されていない場合)。


    図 19.
  3. 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。
  4. モデルを保存します。

AcuSolveの実行

  1. SolutionリボンからRunツールをクリックします。


    図 20.
    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. Use hybrid message passingにチェックを入れ、スレッド数をプロセッサ数と同じに設定します。
  5. Default initial conditionsを展開し、Carrier field volume fractionが 1.0であることを確認します。


    図 21.
  6. RunクリックしてAcuSolveを起動します。
    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: 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。

HW-CFD Postによる結果のポスト処理

  1. 解析の完了後、Postリボンに移動します。
  2. メニューバーで、File > Open > Resultsの順にクリックします。
  3. 作業ディレクトリでAcuSolveログファイルを選択し、ポスト処理の結果を読み込みます。
    ソリッドとすべてのサーフェスがPostブラウザに読み込まれます。


    図 22.
  4. Postブラウザで、Slipサーフェスを右クリックしてIsolateを選択します。
  5. Slipをもう一度右クリックしてEditを選択します。
  6. マイクロダイアログで、DisplayオプションをVolume fraction airに設定します。
  7. Legendラジオボタンをアクティブにし、をクリックして、Colormap nameをRainbow Uniformに設定します。


    図 23.
    モデルに空気の体積分率に関するコンターが表示されます。


    図 24.

要約

このチュートリアルでは、HyperWorks CFDの代数オイラー多相モデルを使用し、過渡多相流の問題を設定して解析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の入力ファイル(形状を含む)を開き、次にシミュレーションパラメータと流れ境界条件を定義しました。AcuSolveによる解析が完了した後、HyperWorks CFD Postを使用して結果をポスト処理し、体積分率のコンタープロットを作成しました。