ACU-T：4001 タンクへの注水

前提条件

このチュートリアルでは、レベルセット法を使用した過渡的なダム決壊のシミュレーションを設定および解析して、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-T4001_tank2D.x_t をHyperWorksCFD_tutorial_inputs.zipから抽出します。

問題の説明

ここで解析する問題を以下の図に示します。図1は、時間t=0の時点で半分まで満たされた水タンクの概略図です。t=0で入口からの注水を開始し、その注水の進捗に伴う水と空気との界面の変化を、過渡シミュレーションで可視化できます。



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 FillingTank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-T4001_tank2D.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0.01に、Final timeを3.0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4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 Slip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Slip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Slip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. Constantツールをクリックします。


    図 13.
  9. 下の図に示されている注入口サーフェスを選択します。


    図 14.
  10. マイクロダイアログで、
    1. Inflow velocity typeをNormalに設定します。
    2. Normal velocityを1.5m/sに設定します。
    3. incoming immiscible fluidとしてWaterを選択します。
  11. 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。
  12. Outletツールをクリックします。


    図 15.
  13. 下の図に示されている出口サーフェスを選択します。


    図 16.
  14. マイクロダイアログで、Hydrostatic pressureをアクティブにします。
  15. 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。
  16. 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 17.
    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0.01に設定します。
    2. Element typeをR-Triasに設定します。
    3. Adaptive meshを拡張表示し、Curvature based refinementオプションをアクティブにします。
      残りの設定はそのままにします。


    図 18.
  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 19.
    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0.02に設定します。
  4. Mesh growth rateを1.0に設定します。


    図 20.
  5. 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 21.
    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1に設定します。


    図 22.

節点初期条件の定義

  1. Solutionリボンから Planeツールをクリックします。


    図 23.
  2. タンクソリッド上でクリックし、ガイドバーの選択を確認します。


    図 24.
  3. ガイドバーでPlaneをクリックし、ソリッドの中心付近をクリックします。
  4. マイクロダイアログの左上にある をクリックし、Fluidを選択して、ダイアログ内の空白部分をクリックします。
  5. Value fieldをWaterに変更します。


    図 25.
  6. 右上の をクリックし、Vectorツールを使用して平面の方向を設定します。
  7. 平面定義のマイクロダイアログで、法線の向きが負のy軸（すなわち、0, -1, 0）に沿った向きであることを確認します。


    図 26.
  8. をクリックし、座標を(0, 0, 0)に設定して、Enterキーを押します。


    図 27.
  9. 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。
  10. データベースを保存します。

AcuSolveの実行

  1. Solutionリボンから Runツールをクリックします。


    図 28.
    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オプションを無効にします。
  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. x velocityを0に設定します。
  7. Immiscible fluidをAirに設定します（設定されていない場合）。
  8. 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 29.
    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 30.
  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 31.
  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 32.
  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を使用して多相流タンク注水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、平面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。解析を計算した後、その結果をPost リボンを使用して、水流のアニメーションを生成しました。