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開始する前に、HyperWorks 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HyperMeshAcuSolve、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。このシミュレーションを実行するには、ライセンス供与済みバージョンのHyperMeshおよび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、ここをクリックしてチュートリアルモデルをダウンロードしてください。 ACU-T3100_MixingElbowHeatTransfer.hm をHyperMesh_tutorial_inputs.zipから抽出します。

HyperMeshデータベース(.hmファイル)には、メッシュ済みのジオメトリが含まれているため、このチュートリアルには、ジオメトリのインポートとメッシュ生成に関する手順は含まれません。

問題の説明

このチュートリアルで扱う問題を図1に示します。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中央平面を中心として対称です(図を参照)。



Figure 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、都合のいい名前を選択して入力します。
  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01.Globalを展開してPROBLEM_DESCRIPTIONをクリックします。
  2. エンティティエディターで、Turbulence equationをAdvective Diffusiveに設定します。
  3. Turbulence ModelをSpalart Allmarasに設定します。


    Figure 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、Createを選択します。
  3. エンティティエディターで、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500/kg-Kに設定します。
  6. Conductivityのを16.2W/m-kに設定します。


    Figure 3.

境界条件の設定

  1. Solverブラウザで、12.Surfaces > WALLを展開します。
  2. Large_Inletをクリックします。エンティティエディターで以下を設定します。
    1. TypeをINFLOWに変更します。
    2. Inflow TypeをAverage velocityに設定します。
    3. Average velocityを0.4m/sに設定します。
    4. Temperatureを295.0Kに設定します。


    Figure 4.
  3. 同様にSmall_Inletをクリックします。エンティティエディターで以下を設定します。
    1. TypeをINFLOWに変更します。
    2. Inflow TypeをAverage velocityに設定します。
    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。エンティティエディターで、TypeをOUTFLOWに変更します。


    Figure 5.
  5. Symmetryをクリックします。エンティティエディターで、TypeをSYMMETRYに変更します。


    Figure 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。エンティティエディターで以下を設定します。
    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。


    Figure 7.
  8. Pipe_InnerWallsをクリックします。エンティティエディターで以下を設定します。
    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。


    Figure 8.
  9. Pipe_Endsをクリックします。エンティティエディターで以下を設定します。
    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に設定します。


    Figure 9.
  10. Fluidをクリックします。エンティティエディターで以下を設定します。
    1. TypeをFLUIDに変更します。
    2. MaterialとしてWater_HMを選択します。


    Figure 10.
  11. Solidをクリックします。エンティティエディター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。


    Figure 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. Optional: 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にし、Launchをクリックして解析プロセスを開始します。


    Figure 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のオープンとモデルおよび結果の読み込み

  1. HyperMeshのメインメニュー領域で、Applications > HyperViewを順にクリックします。
    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、MixingElbow_HeatTransfer.1.Logです。
  4. Openをクリックします。
  5. パネル領域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ブラウザでのComponents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_Symmetryy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。


    Figure 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。


    Figure 14.
  9. Legendタブをクリックし、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。


    Figure 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。


    Figure 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。