ACU-T：6010 多孔質媒体を通る流れ

前提条件

このチュートリアルでは、多孔質媒体を通る流れのシミュレーションを設定して解析し、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-T6010_PorousMedia.hm をHyperWorksCFD_tutorial_inputs.zipから取り出します。

問題の説明

このチュートリアルで扱う問題は、下の図に示しています。この問題には、流れの部分に多孔質媒体による円筒状流路があります。この部分を流れが通過すると、圧力の低下が観測されます。このシミュレーションでは、流入速度を流れに割り当て、多孔質媒体の両端間に発生する圧力低下を計算します。多孔質部分の長さは0.06mとして、流体は密度が1kg/m3の空気に近い流体で、その分子粘性は0.001kg/m-sとします。流れの流入速度は0.2m/s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-T6010_PorousMedia.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PorousMedia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PorousMedia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

シミュレーションパラメーターとソルバーの設定

  1. FlowリボンからPhysicsツールをクリックします。


    図 4.
    Setupダイアログが開きます。
  2. Physics modelsの設定で
    1. Time marchingを Steadyに設定します。
    2. TurbulenceモデルとしてLaminarを選択します。


    図 5.
  3. Solver controls設定をクリックします。
  4. Steady update factorが0.6、Steady maximum stepsが100に設定されていることを確認してください。


    図 6.

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 7.
  2. 材料のAirがモデルの3つのソリッドに割り当てられていることを確認します。


    図 8.

多孔質媒体の定義

  1. FlowリボンのPorousツールグループで、Cartesian Porous Mediaツールをクリックします。


    図 9.
  2. モデルの中央のソリッドを選択します。


    図 10.
  3. ガイドバーでOrientationをクリックします。
  4. 左クリックして、選択したソリッドの任意の場所にポイントを配置します。
  5. マイクロダイアログで、係数に以下の値を入力します。


    図 11.
  6. マイクロダイアログで、をクリックしてOrientツールを開き、グローバルX軸に向きが合っていることを確認します。


    図 12.
  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。

流れ境界条件の割り当て

  1. FlowリボンからConstantツールをクリックします。


    図 13.
  2. 入口面を選択します。
    図 14.
  3. マイクロダイアログで、速度パラメータを下図のとおりに設定します。


    図 15.
  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. Outletツールをクリックします。


    図 16.
  6. 出口面を選択します。


    図 17.
  7. デフォルトパラメータを受け入れて、ガイドバーのをクリックします。

メッシュの生成

このチュートリアルのメッシングパラメータはすでに入力ファイルに設定されています。
  1. MeshリボンからBatchツールをクリックします。


    図 18.
    Meshing Operations ダイアログが開きます。
    注: モデルが検証されていない場合、バッチメッシュを実行する前にシミュレーションモデルを作成するように求められます。
  2. Average element sizeが0.01に設定されていることを確認します。
  3. その他すべてのデフォルト設定を受け入れます。


    図 19.
  4. 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。

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.
  2. Launch AcuSolveダイアログで、Additional argumentsボックスに以下のテキストを入力します。 -tlog -lprobe.
    これにより、実行が開始されると、AcuProbeとAcuTailユーティリティが自動的に起動します。
  3. Parallel processingオプションをIntel MPIに設定します。
  4. 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。
  5. 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 21.
    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。

AcuProbeによる結果のポスト処理

解析の進捗に伴い、AcuProbeが自動的に起動します。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。このステップでは、残存率の値のプロットを作成し、多孔質部分全体にわたる圧力低下を計算します。

  1. Data Treeの左側のAcuProbe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。


    図 22.
  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。
    User Functionダイアログが開きます。
  5. ダイアログで、関数名としてdPと入力します。
  6. Function欄でP_In =と入力します。
  7. Data Treeで、Surface Output > AUTO Porous-1 SolidBody_2_1 internal > Pressureの順に拡張表示します。
  8. pressureを右クリックし、Copy Nameをクリックします。Function欄のP_In =の後に、コピーした値を貼り付けます。


    図 23.
  9. 次の行でP_Out =と入力し、 AUTO Porous-3 SolidBody_4_3 internalサーフェス上の圧力について上記の手順を繰り返します。
  10. 次の行でvalue = P_In - P_Out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 24.
  11. Applyをクリックしてプロットを表示します。
    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 25.

要約

このチュートリアルでは、多孔質媒体による流れのシミュレーションを設定して解析する方法を知ることができました。まず、HyperWorks CFD入力データベースをインポートして、多孔質媒体を定義しました。次に、流れ境界条件を割り当て、メッシュを生成しました。解析の完了後、AcuProbeを使用して、多孔質部分全体の圧力低下のプロットを作成しました。