ACU-T：4000 過渡的なダム決壊のシミュレーション

前提条件

このチュートリアルでは、HyperWorks CFDを使用してAcuSolveの過渡ダム決壊シミュレーションの設定手順を説明します。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、HyperWorks CFDとAcuSolveの基本を理解しているものとします。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HyperWorks CFD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-T4000_dambreak2D.x_t をHyperWorksCFD_tutorial_inputs.zipから抽出します。

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、貯水池の壁によって保持されている正方形の水柱があります。時間t=0で貯水池の壁を取り除くと、水柱が自由に流出します。このシミュレーションを使用すると、ダムの決壊で見られるような水柱の流出によって発生する波動のパターンを可視化し、調査できます。



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Start > Altair <version> > 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 DamBreak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. メニューバーで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-T4000_dambreak2D.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. ジオメトリリボンから Validateツールをクリックします。


    図 5.
    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。

    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を押すか、モデリングウィンドウ内を右クリックして緑のチェックマーク上を右から左にスワイプします。
  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 7.
    Setupダイアログが開きます。
  2. Physics modelsの設定で
    1. Multiphase flowラジオボタンを選択します。
    2. Multifluid typeをImmiscibleに、Immiscible materialをAir-Waterに設定します。
    3. Time step sizeを0.002498に、Final timeを1.0に設定します。
    4. Turbulence modelに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5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 Materialツールをクリックします。


    図 10.
  2. Materialsの凡例でAir-Waterが割り当てられているかを確認します。
  3. ガイドバーのをクリックします。

流れ境界条件の定義

  1. Flowリボンから Symmetryツールをクリックします。


    図 11.
  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 12.
  3. Boundaries凡例でSymmetry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、コマンドを実行し、ツール内に留まります。
  5. モデルを回転させて、反対側の面を選択します。
  6. Boundaries凡例でSymmetryをz_negという名前に変更します。
  7. ガイドバーで、をクリックしてコマンドを実行し、ツールを終了します。
  8. 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、メッシュリボンの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. メッシュリボンから Interactiveツールをクリックします。


    図 13.
    デフォルトでは、作成はセカンダリ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0.00254に設定します。
    2. Mesh typeをMappedに設定します。
    3. Map methodをMap as triangleに設定します。


    図 14.
  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. メッシュリボンから Volumeツールをクリックします。


    図 15.
    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0.006に設定します。


    図 16.
  4. Meshをクリックします。
    Run Statusダイアログが開きます。解析が実行すると、ステータスが更新され、ダイアログが閉じます。
    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条件の定義

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 17.
    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5に設定します。


    図 18.

節点初期条件の定義

  1. SolutionリボンのZonesツールグループから、ボックスツールをクリックします。


    図 19.
  2. ダム形状の上にカーソルを置きます。ゾーンがモデルのサーフェスと揃ったら、その形状をダブルクリックします。
    任意の寸法の初期化ゾーンがモデルに表示されます。


    図 20.
  3. マイクロダイアログでFluidを選択し、ダイアログ内の空白部分でクリックします。Value fieldをWaterに変更します。


    図 21.
  4. ゾーン初期化マイクロダイアログで、ドロップダウンを拡張表示し、ゾーンの寸法を下の図のように設定します。


    図 22.
    注: 寸法を入力するマイクロダイアログが表示されない場合は、NIC変数のマイクロダイアログを移動します。
  5. 下の図のようにモデル上のマニピュレーターの中心をクリックし、次の中心座標を入力します：0.028575, 0.028575, 0.003


    図 23.

    これにより、ダムの隅に水柱がある状態で流体領域が初期化されます。

  6. モデリングウィンドウ内で右クリックし、チェックマークを選択してツールを終了します。

AcuSolveの実行

  1. Solutionリボンから Runツールをクリックします。


    図 24.
    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、環境に応じて4または8に設定します。
  4. Automatically define pressure referenceオプションがアクティブであることを確認します。
  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. すべての速度成分を0に、Immiscible fluidをAirに設定します（設定されていない場合）。
  7. 他のオプションはデフォルト設定のままにし、RunをクリックしてAcuSolveを起動します。


    図 25.
    Run Statusダイアログが開きます。解析が実行すると、ステータスが更新され、ダイアログが閉じます。
    ヒント: AcuSolve実行中、Run StatusダイアログでAcuSolveジョブを右クリックし、View Log Fileを選択することで、解析プロセスの状況を確認できます。

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をクリックします。
  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。
  4. View Cube上のTopフェイスをクリックし、モデルを揃えます。


    図 26.
  5. Postブラウザで、z_pos境界を右クリックし、Editを選択します。
  6. 表示プロパティマイクロダイアログで、表示をvolume fraction waterに設定します。
  7. Legendのトグルスイッチをアクティブにし、をクリックして範囲を更新します。
  8. をクリックして、Colormap styleをFilled、Number of colorsを2、Colormap NameをRainbow Desaturatedに設定します。


    図 27.
  9. ガイドバーのをクリックします。
  10. モデリングウィンドウの下部にあるをクリックし、流れのアニメーションを表示します。


    図 28.
  11. アニメーションを保存します。
    1. File > Screen Capture > Advanced Captureを選択します。
    2. ツールバーの をクリックします。
    3. Include mouse cursorのチェックをオフにします。
    4. frame rateを30に設定します。
    5. ツールバーのをクリックし、記録したい領域をドラッグオーバーします。
    6. をクリックして記録を開始します。記録を終了する場合も同じボタンを使用します。
    7. ファイルの名前を指定し、保存します。

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、ゾーン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。計算後、HyperViewを使用して結果をポスト処理しました。ここで、ダムの壁を取り除いたことによって流出する水流のアニメーションを生成しました。