自宅でANSYS製品使ってみた【流体解析編】

ANSYS fluent シミュレーション

前回、自宅でANSYS製品使ってみたとして、インストールしてみたANSYS Fluent。
簡単な流体解析を一通りやってみたので、メモ的に書き残します。

——————参考:——————————–
インストール後、スタートメニュー内のANSYS2019R2にはFluentのショートカットがありませんが、
C:\Program Files\ANSYS Inc\ANSYS Student\v194\fluent\ntbin\win64
ここに実行ファイルがあるので、コレのショートカットをデスクトップにでも張り付けておくと捗ります。ただ、このショートカットからfluentを起動すると言語が英語になるようです。

(私は英語の方が慣れており逆に嬉しい)

SCDM

SCDMで適当に形を作り、適当にディレクトリ作って計算します。

Fluent_launch

Fluent launcherの設定は上記画面の通り。
並列数4でもエラーなく普通に起動します。

FluentのTUIコンソールに、
switch-to-meshing-mode
Switch to meshing mode? [no] yes
でメッシングモードに移行、
watertight geometryとすると、下の画像のような画面に。

Fluentメッシングモード

SCDMで作成した.scdocファイルをインポートして、メッシュを作成します。
上から順にほぼデフォルトのままポチポチしていけばサーフェスメッシュは切れると思います。

fluentmesh_desctibegeometry

流体領域のみを作るので、The geometry consists of only fluid regions with no voidsにチェック。

mesh_update boundary

SCDMで、境界面に名称を付けておくと、FluentMeshにインポートした際に
勝手にBoundaryConditionsを設定してくれるようです。

たとえば、inletという名前を含んだ境界を作っておくと、
Fluent上では勝手にvelocity-inletに設定してくれます。賢い。

Fluent_mesh_finish

メッシュ切終わり。
↓スマホで読むと読みにくいですすみません


                 name       id skewed-cells(> 0.90) maximum-skewness cell count
      Overall Summary     none                    0       0.41491722       5034
---------------- 5034 cells were created in : 0.03 minutes
---------------- The mesh has a minimum Orthogonal Quality of: 0.59.
---------------- The volume meshing of design1 is complete. The mesh is now scaled to meters.

5034要素でした。
要素数5kくらいだと、4並列で計算してもあまり早くはならなさそう。
関係ないですが、このクオリティって、どれくらいなら良いんですかね。0.59は良いのか?悪いのか?考えたことなかった。

追記
多面体メッシュのクオリティは、0〜1で、1が最良、0.01より大きい事が目安とのこと。アスペクト比率は40未満推奨、体積比は1〜2が推奨値のようです。

メッシュが切れたので、GUI左上のswitch to solutionボタンでFluentの画面に戻ります。

~ここから計算~
※ほぼデフォルトなので細かい手順は省きます

簡単な計算をしてみたいので、ほぼデフォルトで定常流れを解きます。
modelはLaminar、MaterialsはAirで完全にデフォルトです。

inletにvelocity=1.0m/sを入れて、
outletはGauge Pressure=0(ゲージ圧0=大気圧)とします。

methodsもデフォルト、Solution Controlsdno
Relaxation Factorもデフォルト(PressureとMomentum=0.5、DensityとBodyForces=1)

Standard InitializationでInisializeして、5000iteration計算します。

Residual Monitors

monitorsの、Residualの中で、
ConvergenceCriterionの設定項目、ここだけは
noneに変更します。

収束計算中に「指定した桁数だけ下がると自動で計算止めます」というオプションなのですが、私は残差が下がるだけ下げる派なので、このオプションはOFFにしています。

Fluent_Result

一瞬で計算できた。早い。さすがに要素数も少なく設定もほぼデフォルトなので当然か。
300iterが10秒くらい。

一応、inletとoutletの流量を比較したりしました。
TUIコマンドだと、
//report/surface-integrals/mass-flow-rate
で、inletとoutletの名称を入力して、() ←fluentのTUIではこれが「以上」という意味になるらしい
Write to File? [no]
とすると、下記出力がでます。

              Mass Flow Rate               (kg/s)
-------------------------------- --------------------
                     x_inlet           2.3275e-05
                    x_outlet          -2.3275e-05
            ---------------- --------------------
                         Net       -3.3881318e-21

質量は保存されているようです。

Fluent_ISOsurace

Iso-Surfaceを作って、断面の流速分布などを見てみます。
この断面作成がすごく面倒なんですがもっと簡単に作る方法ないですかね

Fluent_velocity_magnitude

それっぽい流速分布も出ました。

一通り、メッシュ作成から簡単な計算までやってみました。
Fluentの機能は普通に使えそう。
今日はこのへんで。次は12月に入ってからまた考えます。

画像提供:ANSYS, Inc.

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