ACU-T：6500 多孔質媒体を通る流れ

前提条件

このチュートリアルでは、多孔質媒体を通じた流れのシミュレーションを設定して解析し、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、AcuSolve、HyperView、およびHyperMesh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HyperMesh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-T6500_PorousMedia.hm をHyperMesh_tutorial_inputs.zipから抽出します。

HyperMeshデータベース（.hmファイル）には、メッシュ済みのジオメトリが含まれているため、このチュートリアルには、ジオメトリのインポートとメッシュ生成に関する手順は含まれません。

問題の説明

このチュートリアルで扱う問題を以下の図に示します。この問題には、流れの部分に多孔質媒体による円筒状流路があります。この部分を流れが通過すると、圧力の低下が観測されます。このシミュレーションでは、流入速度を流れに割り当て、多孔質媒体の両端間に発生する圧力低下を計算します。多孔質部分の長さは0.06mとして、流体は密度が1kg/m3の空気に近い想像上の流体で、その分子粘性は0.001kg/m-sとします。流れの流入速度は0.2m/sです。



図 1.

HyperMeshモデルデータベースを開く

  1. HyperMeshを起動し、AcuSolveのユーザープロファイルを読み込みます。
    User ProfilesからAcuSolveを選択する方法については、HyperMeshの入門チュートリアルACU-T：1000 HyperWorksユーザーインターフェースをご参照ください。
  2. 標準ツールバーのOpen Modelアイコン をクリックします。
    Open Model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ACU-T6500_PorousMedia.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。
    Save Model Asダイアログが開きます。
  5. 名前をPorousMedia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PorousMedia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。

一般的なシミュレーションパラメータの設定

この手順では、シミュレーション全体に適用されるシミュレーションパラメータを設定します。

  1. Solverブラウザで01.Globalを展開してPROBLEM_DESCRIPTIONをクリックします。
  2. エンティティエディターで、Analysis typeがSteady Stateに設定され、Turbulence modelがLaminarに設定されていることを確認します。


    図 2.

境界条件と材料モデルパラメータの設定

この手順は、空気の材料特性を変更する作業から開始して、多孔質媒体の材料モデルを作成します。つづいて、すべての流体ボリュームにサーフェス境界条件と材料特性を割り当てます。

材料モデルの作成

  1. Solverブラウザで、02.Materials > FLUIDを展開してAir_HMをクリックします。
  2. エンティティエディターで、Densityを1kg/m3、Viscosityを0.001 kg/m-secにそれぞれ変更します。


    図 3.
  3. SolverブラウザでAir_HMを右クリックし、Duplicateを選択します。
  4. 新しい材料の名前としてPorousと入力します。
  5. エンティティエディターでPorosityタブを下方にスクロールして、Porosity typeをConstantに設定します。
  6. Direction 1の透過率として1、Direction 2の透過率として0.001、Direction 3の透過率として0.001をそれぞれ入力します。
  7. Darcy coefficientの値を4166.67に設定します。
  8. Forchheimer coefficientを8.33に設定します。


    図 4.
  9. モデルを保存します。

境界条件と材料特性の割り当て

デフォルトでは、すべてのコンポーネントは壁境界条件に割り当てられます。この手順では、それを適切な境界条件に変更し、流体ボリュームに材料特性を割り当てます。
  1. Solverブラウザで、12.Surfaces > WALLを展開します。
  2. Inletをクリックします。エンティティエディターで以下を設定します。
    1. TypeをINFLOWに変更します。
    2. Inflow velocity typeをCartesianに設定します。
    3. X velocityを0.2m/secに設定します。


    図 5.
  3. Outletをクリックします。エンティティエディターで、TypeをOUTFLOWに変更します。


    図 6.
  4. Wallsをクリックします。エンティティエディターで、TypeがWALLに設定されていることを確認します。


    図 7.

    多孔質部の入口と出口、パイプ表面の外側の壁など、すべての内部サーフェスを1つのサーフェスセットにグループ化します。AcuSolveのアドバンスト機能であるAuto_Wallは、これらの要素を各ボリュームの内部面と外部面に再グループ化し、それに応じてサーフェス出力を出力します。この処理を内部で行うことで、ワークフローのステップ数を削減することができます。

  5. Fluid_Upstreamをクリックします。エンティティエディターで以下を設定します。
    1. TypeをFLUIDに変更します。
    2. MaterialとしてAir_HMを選択します。


    図 8.
  6. Fluid_Porousをクリックします。エンティティエディターで以下を設定します。
    1. TypeをFLUIDに変更します。
    2. MaterialとしてPorousを選択します。


    図 9.
  7. Fluid_Downstreamをクリックします。エンティティエディターで以下を設定します。
    1. TypeをFLUIDに変更します。
    2. MaterialとしてAir_Hmを選択します。


    図 10.
  8. モデルを保存します。

解析計算

この手順では、HyperMeshからAcuSolveを直接起動して解析を完了します。

  1. すべてのメッシュコンポーネントの表示をオンにします。
    解析を実行するには、アクティブなすべてのコンポーネントのメッシュを可視化した状態にする必要があります。
  2. ACUツールバーの をクリックします。
    Solver job Launcherダイアログが開きます。
  3. オプション: 解析時間を短縮するには、使用可能なプロセッサの数に応じて、使用するプロセッサの数に大きい値（4または8）を設定します。
  4. Output time stepsはAllまたはFinalに設定できます。これは定常状態解析なので、最後の時間ステップでの出力が得られれば十分です。
  5. 他のオプションはデフォルト設定のままにし、Launchをクリックして解析プロセスを開始します。


    図 11.

HyperGraphによる結果のポスト処理

  1. グラフィックス領域の左下隅にあるクライアントセレクターをクリックし、HyperGraph 2Dを選択します。


    図 12.
  2. HyperGraphインターフェースが読み込まれたら、パネル領域のをクリックして、使用中の作業ディレクトリから結果ファイルを選択します。
    この例で選択するファイルは、PorousMedia.1.Logです。
  3. X TypeがTimeに、Y TypeがPressure(surface)に、Y RequestがAUTOFluid_Porous internalにそれぞれ設定されているのを確認します。


    図 13.
  4. Applyをクリックし、最初のプロットを表示します。
  5. Y RequestをAUTOFluid_Downstream internalに変更します。
  6. 再びApplyをクリックし、2つめのプロットを表示します。


    図 14.

    多孔質体入口（AUTO Fluid_Porous Internal -pressure）と多孔質体出口（AUTO Fluid_Downstream_internal-pressure）の圧力差は0.087Paです。

要約

このチュートリアルでは、多孔質媒体を扱う問題を設定して解析する方法を知ることができました。HyperMeshデータベースのインポートから開始し、多孔質部分の材料モデルを作成しました。つづいて、HyperMeshからAcuSolveを直接起動することにより、境界条件と材料特性を割り当て、問題を解析しました。最後に、HyperGraphを使用して圧力低下のプロットを作成し、多孔質部分の入口と出口の間に発生する圧力低下を計算しました。