ACU-T：4300 物質種輸送のモデリング

このチュートリアルでは、HyperWorks CFDを使用した物質種輸送のモデリングの手順を説明します。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-T4300_HoneyTeaSpecies.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。これはCup_HoneyとCup_Mainという2つのセクションで構成されます。HoneyはCup_HoneyからCup_Mainに入り、水と溶け合います。


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-T4300_HoneyTeaSpecies.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HoneyTeaPlug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HoneyTeaPlug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

  1. ジオメトリリボンから Validateツールをクリックします。


    図 3.
    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 4.
  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。

流れのセットアップ

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 5.
    Setupダイアログが開きます。
  2. Physics modelsの設定で
    1. Time frequencyをTransientに設定します。
    2. Time step sizeを0.125に設定します。
    3. Turbulence modelにLaminarを選択します。
    4. Include Gravitational Accelerationオプションをオンにして、GravityをZ方向の9.81m/s2に設定します。
    5. Number of passive speciesを1に設定します。


    図 6.
  3. Solver controls設定をクリックして、Transient maximum stepsを80に設定します。


    図 7.
  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 Libraryツールをクリックします。


    図 8.
    Material Libraryダイアログが開きます。
  2. Settingsで、Fluid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. 密度に対して以下の操作を行います。
    1. TypeをPiecewise Linearに変更します。
    2. カーブフィット変数をSpecies 1として定義します。
    3. Functionでを2回クリックし、Y列に水の密度として1000kg/m3、はちみつの密度として1500kg/m3をそれぞれ入力します。


    図 9.
  5. 同様に、下図のとおりに水とはちみつの粘度を定義します。


    図 10.
  6. 材料の編集ダイアログで、流体材料の名前をHoneyに変更します。


    図 11.
  7. Flowリボンから Materialツールをクリックします。


    図 12.
  8. 両方のモデルのボリュームを選択します。
  9. MaterialドロップダウンメニューからHoneyを選択します。


    図 13.
  10. 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リボンから Slipツールをクリックします。


    図 14.
  2. 下図でハイライトされている上の2つの面を選択し、ガイドバーのをクリックします。


    図 15.

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 16.
  2. 下図でハイライトされているボリュームを選択します。


    図 17.
  3. マイクロダイアログでをクリックし、リストからSpecies 1を選択します。
  4. TypeをConstantに、Valueを1に設定します。


    図 18.
  5. 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 19.
    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. 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 20.

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 21.
  4. PostリボンでSlice Planesツールをクリックします。


    図 22.
  5. 下図に示されている平面を選択します。


    図 23.
  6. Postブラウザで、SlipおよびAutoサーフェスを非表示にします。
  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、表示オプションをspecies 1に設定します。
  9. 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 24.
  10. ガイドバーのをクリックします。
  11. モデリングウィンドウの下部の時間スケールが1秒になっていることを確認します。


    図 25.
  12. 2秒、4秒、6秒、8秒、10秒を示すように時間スケールを調整します。
    species 1（はちみつ）のこれらの時間における分布を以下に示します。


    図 26.
  13. Postブラウザで、スライス平面を非表示にして、AutoおよびSlipサーフェスを表示します。
  14. Boundary Groupsツールをクリックします。


    図 27.
  15. モデルのすべてのサーフェスを選択して、新しい境界グループを作成します。
  16. マイクロダイアログで、Transparencyスライダーを真ん中まで移動し、透過性効果を追加します。


    図 28.
  17. ガイドバーのをクリックしてします。
  18. Iso-Surfacesツールをクリックします。


    図 29.
  19. Iso-functionのマイクロダイアログで、Iso Variableをspecies 1に変更し、Iso Valueを0.5に設定します。


    図 30.
  20. Calculateをクリックし、をクリックします。


    図 31. 3秒での種の分布

要約

このチュートリアルでは、HyperWorks CFDを使用して、物質種輸送を扱う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、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、流体材料、境界条件を定義しました。解が計算された後に、断面表示と等値面表示を使用して物質種輸送の結果を可視化しました。