ACU-T：5100 ファンコンポーネントのモデリング：軸流ファン

前提条件

このシミュレーションでは、中間部に内蔵ファンを設けた管内部の流れの定常状態をシミュレーションする方法について説明します。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、AcuSolveとHyperMesh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-T5100_AxialFanComponent.hm とAxialCoefficient.txt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解析する問題を以下の図に示します。この問題には、回転速度が377rad/sec（約3600RPM）、肉厚が0.06m、先端半径が0.11mの内蔵ファンがあります。入口での体積流量は0.146m3/sec（約525.35m3/hr）です。これは、定常問題として解析され、ファン領域全体の圧力上昇が計算されます。



図 1.

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-T5100_AxialFanComponent.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AxialFan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AxialFan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 ModelをSpalart Allmarasに設定します。
  3. Analysis typeがSteady Stateに設定されていることを確認します。


    図 2.

境界条件の設定

デフォルトでは、すべてのコンポーネントは、壁境界条件に含まれます。この手順では、それらを適切な境界条件に変更し、流体ボリュームに材料特性を割り当てます。
  1. Solverブラウザで12.Surfaces > WALLの順に拡張表示します。
  2. 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Flow rateに設定します。
    3. Flow rateを0.146m3/secに設定します。


    図 3.
  3. Fan_Inletをクリックします。Entity Editorで、
    1. TypeをFAN_COMPONENTに変更します。
    2. Rotational speedを377rad/secに設定します。
    3. Tip radiusを0.11mに設定します。
    4. Fan thicknessを0.06mに設定します。
    5. Axial coefficient typeをPiecewise Bilinearに変更します。
    6. Axial coefficient curvefit fileで、ファイルを開くアイコンをクリックしてAxialCoefficient.txtの保存先を参照し、そのファイルを選択します。Openをクリックします。
    7. Radial coefficientとTangential coefficientが0に設定されていることを確認します。


    図 4.
  4. Outletをクリックします。Entity Editorで、TypeをOUTFLOWに変更します。


    図 5.
  5. Wallsをクリックします。Entity Editorで、TypeがWALLに設定されていることを確認します。


    図 6.

    コンポーネントタイプをWallとして割り当てると、目的のサーフェスセットを構成するすべての要素が、その所属先の親ボリュームとその要素が外部であるか内部であるかに基づいて、自動的に複数のサーフェスセットに再グループ化されます。AcuSolveの高度な機能であるAuto_Wallでは、ユーザー側の手動操作を必要とせずに、このプロセスが内部で実行されるので、ワークフローのステップ数を削減できます。

  6. Downstream_Duct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Air_HMを選択します。


    図 7.
  7. 同様に、FanコンポーネントとUpstream_DuctコンポーネントのTypeをFLUIDに設定し、両方のコンポーネントでMaterialとしてAir_HMを選択します。
  8. 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 8.

AcuProbeでのポスト処理

解析の進捗に伴い、ウィンドウが自動的に開きます。AcuProbeを使用して、解析時間におけるさまざまな変数をモニターできます。

  1. AcuProbeのData Treeで、Residual Ratioを拡張表示します。
  2. Final を右クリックし、Plot All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 9.
  3. 解析が収束した後、Finalをもう一度右クリックしてPlot Noneを選択します。
  4. ツールバーのUser Function アイコン をクリックします。
  5. ダイアログで、NameにdPと入力します。
  6. Data Treeで、Surface Output > Fan_Inlet > Pressureの順に拡張表示します
  7. pressureを右クリックし、Copy Nameをクリックします。
  8. User FunctionダイアログのFunction欄でFan_In =と入力し、上記でコピーした名前を貼り付けます。


    図 10.
  9. 行にFan_Out =を入力します。
  10. Data Treeで、Surface Output > AUTO Fan internal > Pressureの順に拡張表示します。
  11. pressureを右クリックし、Copy Nameをクリックします。
    ここで、サーフェス出力(AUTO Fan internal)は、Auto_Wallで生成したサーフェス出力で、このサーフェスはファンコンポーネントボリュームの出口に設定したサーフェスに相当しています。
  12. Function欄のFan_Out =の後に、コピーした名前を貼り付けます。


    図 11.
  13. 改行して、value = Fan_Out - Fan_Inと入力します。
    注: 単語“value”は、大文字と小文字が区別され、常に小文字にする必要があります。大文字を使用すると、エラーウィンドウが表示されます。


    図 12.
  14. Applyをクリックします。
  15. Data TreeでUser functionを拡張表示し、dPを右クリックしてPlotを選択します。


    図 13.

    をクリックし、曲線の端点で領域を選択することで、その領域のプロットをズーム表示できます。以下の図に示すように、指定の流量525.35m3/hr（0.146 m3/sec）の下での圧力上昇は494.182Paです。



    図 14.

要約

このチュートリアルでは、ファンコンポーネントを扱うシミュレーションを設定し、解析する方法を知ることができました。メッシュ化した形状をインポートし、すべての領域に材料特性と境界条件を割り当てました。解析を計算した後、ファンコンポーネントボリューム全体の圧力上昇のプロットを作成するユーザー関数を定義しました。