ACU-T：4200 湿度 - 管接合部

前提条件

このチュートリアルでは、合流管モデルを用いた基本的な湿度移動の過渡解析の設定と実行方法を説明します。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-T4200_Humidity.hm 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、図 1で図式的に示されています。ここでは、例として管接合部の問題を取り上げて、AcuSolveにおける湿度モデリングの機能を確認します。この問題には、流れ、温度、湿度の条件が異なる2つの入口があります。流れが管の下流に進むと、2本の管が合流して1本の管になり、1つの出口を形成します。その結果、合流前とは異なる温度と湿度のプロファイルが発生します。この形状は、図に示すように管のXZ中央平面を中心として対称です。



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-T4200_Humidity.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Humidity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Humidity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

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 4.
    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Humidity transportに設定します。
    3. Time step sizeを1sに設定し、Final timeを50sに設定します。秒
    4. Turbulence modelをSpalart-Allmarasに設定します。
    5. Gravityを(0,-9.81,0)に設定します。
    6. Pressure scaleをGaugeに設定してをクリックします。マイクロダイアログで、Absolute pressure offsetを101325Paに設定し、Escを押します。


    図 5.
  3. Solver controls設定をクリックします。
  4. Minimum stagger iterationsとMaximum stagger iterationsを両方とも2に設定します。


    図 6.
  5. ダイアログを閉じてモデルを保存します。

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 7.
  2. 下図でハイライトされているサーフェスを選択します。
  3. マイクロダイアログで次の操作を行います。
    1. Average velocityを1m/secに設定します。
    2. Temperatureを333.15Kに設定します。
    3. Humidity input typeをDewpoint Temperatureに設定します。
    4. Dewpoint temperatureを278.15Kに設定します。


    図 8.
  4. Boundariesの凡例で、InletをダブルクリックしてHot_inletという名前に変更し、Enterを押します。
  5. 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。
  6. 下図でハイライトされているサーフェスを選択します。
  7. マイクロダイアログで次の操作を行います。
    1. Average velocityを3m/secに設定します。
    2. Temperatureを283.15Kに設定します。
    3. Humidity input typeをRelative Humidityに設定します。
    4. Relative humidityを20に設定します。


    図 9.
  8. Boundariesの凡例で、InletをダブルクリックしてCold_inletという名前に変更し、Enterを押します。
  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. Outletツールをクリックします。


    図 10.
  11. 下図でハイライトされているサーフェスを選択し、ガイドバーのをクリックします。


    図 11.
  12. Slipツールをクリックします。


    図 12.
  13. 下図でハイライトされているサーフェスを選択します(最小Y座標のサーフェス)。


    図 13.
  14. Boundariesの凡例で、Slipをダブルクリックしてy_negという名前に変更し、Enterを押します。
  15. ガイドバーのをクリックします。
  16. 下図でハイライトされているサーフェスを選択します(最大Y座標のサーフェス)。


    図 14.
  17. Boundariesの凡例で、Slipをダブルクリックしてy_posという名前に変更し、Enterを押します。
  18. ガイドバーのをクリックします。
  19. モデルを保存します。

解析計算

入力されたHyperMeshデータベースにはメッシュが含まれているので、再度メッシュを生成する必要はありません。

節点初期条件の定義

  1. Solutionリボンから Partツールをクリックします。


    図 15.
  2. パイプソリッドを選択します。
  3. ダイアログで、をクリックして、変数のリストからRelative HumidityとTemperatureを選択し、ダイアログの空白部分をクリックします。
  4. Relative Humidityの初期値を20、Temperatureの初期値を333.15Kに設定します。


    図 16.
  5. ガイドバーのをクリックしてします。

AcuSolveの実行

  1. Solutionリボンから Runツールをクリックします。


    図 17.
  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. Default initial conditionsを展開します。
  5. Temperatureを333.15 Kに、残りの欄を以下に示すように設定します。
  6. RunをクリックしてAcuSolveを起動します。


    図 18.
    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。
  7. Plotツールをクリックします。


    図 19.
  8. Plot Utilityダイアログで、Residual Ratioをダブルクリックして残差をプロットします。


    図 20.
  9. 解析が完了した後、ダイアログを閉じます。

HW-CFD Postによる結果のポスト処理

この手順では、温度、相対湿度、湿度の質量分率、速度のコンタープロットを作成します。

  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. Postブラウザで、Flow Boundariesの横のアイコンをクリックして、すべてのサーフェスの表示をオフにします。


    図 21.
  5. Slice Planesツールをクリックします。


    図 22.
  6. モデリングウィンドウで、x-z平面を選択します。


    図 23.
  7. スライス平面のマイクロダイアログで、をクリックしてスライス平面を作成します。
  8. 表示プロパティマイクロダイアログで、表示をtemperatureに設定します。
  9. をクリックして、Legendのトグルスイッチをアクティブにします。
  10. をクリックして、Colormap NameをRainbow Uniformに設定します。


    図 24.
  11. ガイドバーで、をクリックして温度のコンタープロットを作成します。


    図 25.
  12. 温度コンターを非表示にして手順5～11を繰り返し、相対湿度について同様のコンタープロットを作成します。


    図 26.
  13. 相対湿度コンターを非表示にして手順5～11を繰り返し、湿度の質量分率について同様のコンタープロットを作成します。


    図 27.
  14. 湿度の質量分率コンターを非表示にして手順5～11を繰り返し、速度について同様のコンタープロットを作成します。


    図 28.

要約

このチュートリアルでは、HyperWorks CFDとAcuSolveを使用して湿度輸送のシミュレーションを設定し、解析する方法を知ることができました。まず、HyperWorks CFD入力データベースをインポートして、流れの設定を定義しました。解析の完了後、HyperWorks CFDのプロットユーティリティを使用して、残差指標のプロットを作成しました。最後に、HyperWorks CFD Postを使用して、温度分布、相対湿度、湿度の質量分率、速度のコンタープロットを作成しました。