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 CFDAcuSolve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。



Figure 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。


      Figure 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。


    Figure 3.


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 8.
  3. Solver Controls設定をクリックし、Maximum stagger iterationsを4に設定します。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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 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。


    Figure 18.
  3. ガイドバーエンティティセレクター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。


    Figure 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。


    Figure 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。
    Tip: 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 24.
  3. ガイドバー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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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。


    Figure 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. Optional: 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。


    Figure 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。
    Tip: 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。


    Figure 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。


    Figure 31.
  9. ガイドバーをクリックします。
  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。


    Figure 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 CFDAcuSolve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。