ACU-T：4100 代数オイラーモデルを使用した多相流

このチュートリアルでは、管を流れる二相流の過渡シミュレーションを、代数オイラーモデルを使用して実行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-T4100_LPipe.hm をHyperWorksCFD_tutorial_inputs.zipから抽出します。

注: このチュートリアルでは、ジオメトリのクリーンアップやメッシュの設定に関する手順は説明していません。

問題の説明

このチュートリアルで扱う問題は、図 1で図式的に示されています。代数オイラー（AE）モデルは、分散領域と搬送領域の間で見られる運動量交換のシミュレーションに使用します。AEモデルを使用して多相流をシミュレーションする場合は、搬送領域をより重い流体（または高密度の流体）とする必要があります。

この問題では、搬送領域の材料は水であり、分散領域の材料は空気であると考えます。流体は、1m/secの平均速度で入口から流入し、その位置での水と空気の体積分率は、それぞれ96%と4%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Start > Altair <version> > 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-T4100_LPipe.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Algebraic_Eulerian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LPipe_Disperse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。

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。ジオメトリリボンの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

材料の作成

  1. Flowリボンから Material Libraryツールをクリックします。


    図 4.
    Material Libraryダイアログが開きます。
  2. Settingsで、Disperse Multiphaseをクリックして、My Materialsタブをクリックします。
  3. をクリックして、新しい材料を作成します。
  4. 材料にAir in Waterという名前を付け、以下に示すプロパティを割り当てます。


    図 5.

一般的なシミュレーションパラメータの設定

  1. Flowリボンから Physicsツールをクリックします。


    図 6.
    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Disperseに、Disperse materialをAir in Waterに設定します。
    3. Time step sizeを0.01に設定します。
    4. Turbulence modelにSpalart-Allmarasを選択します。
    5. y方向のgravityを-9.81 m/sec2に設定します。


    図 7.
  3. Solver controls設定をクリックし、以下を確認します。
    1. Minimum stagger iterationが2に設定されていること。
    2. Maximum stagger iterationが4に設定されていること。
    3. Transient maximum stepが150に設定されていること。
    4. Flow、Multifluid、およびTurbulenceチェックボックスが有効なこと。


    図 8.
  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 9.
  2. モデルソリッドを選択します。
  3. MaterialドロップダウンメニューからAir in Waterを選択します。


    図 10.
  4. 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。

流れ境界条件の定義

  1. FlowリボンのProfiledツールグループから、Profiled Inletツールをクリックします。


    図 11.
  2. 下図でハイライトされているInlet面をクリックします。


    図 12.
  3. マイクロダイアログで、Average velocityに1.0と入力し、Carrier fluid volume fractionに0.96と入力します。


    図 13.
  4. 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。
  5. Outletツールをクリックします。


    図 14.
  6. 下図でハイライトされている面を選択し、ガイドバーのをクリックします。


    図 15.
  7. Slipツールをクリックします。


    図 16.
  8. 下図でハイライトされている上面と下面を選択し、ガイドバーのをクリックします。


    図 17.
  9. モデルを保存します。

メッシュの生成

ソルバーの設定に焦点を当てるために、ここでは、すでに定義されているメッシュの設定を使用します。
  1. メッシュリボンから Volumeツールをクリックします。


    図 18.
  2. Meshing Operationsダイアログで、Average Element sizeを0.00104に設定します（まだ設定されていない場合）。


    図 19.
  3. 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。
  4. モデルを保存します。

AcuSolveの実行

  1. Solutionリボンから Runツールをクリックします。


    図 20.
    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. Use hybrid message passingにチェックを入れ、スレッド数をプロセッサ数と同じに設定します。
  5. Default initial conditionsを拡張し、Carrier field volume fractionが1.0に設定されているのを確認します。


    図 21.
  6. RunをクリックしてAcuSolveを起動します。
    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: 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。


    図 22.
  4. Postブラウザで、Slip サーフェスを右クリックし、Isolateを選択します。
  5. Slipを再び右クリックし、Editを選択します。
  6. マイクロダイアログで、DisplayオプションをVolume fraction airに設定します。
  7. Legendラジオボタンをアクティブにし、をクリックして、Colormap nameをRainbow Uniformに設定します。


    図 23.
    モデルに空気の体積分率に関するコンターが表示されます。


    図 24.

要約

このチュートリアルでは、HyperWorks CFDの代数オイラー多相モデルを使用し、過渡多相流の問題を設定して解析するための基本的なワークフローを体験しました。まず、HyperMeshの入力ファイル（形状を含む）を開き、次にシミュレーションパラメータと流れ境界条件を定義しました。AcuSolveによる解析が完了した後、HyperWorks CFD Postを使用して結果をポスト処理し、体積分率のコンタープロットを作成しました。