自宅でANSYS製品使ってみた【流体解析編】

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。

Fluent起動
構造作成
Fluent Meshの起動
境界条件の設定
ソルバー設定
初期化
計算実行
収束性の検証
コンター図の表示

Fluent起動

Fluentを起動します。

------------------参考：--------------------------------
インストール後、スタートメニュー内にFluentのショートカットがない場合、
C:\Program Files\ANSYS Inc\ANSYS Student\v222\fluent\ntbin\win64
ここに実行ファイルがあるので、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よいです。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。

構造作成

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 Meshの起動

Fluent launcherの設定は上記画面の通り。

参考：
Fluentのソルバーモードで起動した場合
switch-to-meshing-mode
Switch to meshing mode? [no] yes
でメッシングモードに移行する

watertight geometryとすると、下の画像のような画面に。

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。

メッシュ作成方法については、以下の記事にまとめましたのでご参照ください。

参考：ANSYS workbench & Fluentでメッシュを切る

メッシュ作成後、コンソールに表示される表示にはメッシュ数やクオリティが表示されます。

                 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.

作成したメッシュは、要素数5034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。

境界条件の設定

※ほぼデフォルトのため、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。乱流モデルはLaminar、MaterialsはAir(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。

ソルバー設定

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

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。

iterationとは
計算の繰り返し回数を指します。収束計算は

初期化

Standard InitializationでInisializeします。

指定した流速と圧力で、すべての要素の初期値を埋めます。

計算実行

1000iterationほど計算します。

Run Calculation→Number of itrationに、計算したいiteration数を入力→Calculateをクリックします。

計算できました。

収束性の検証

流体計算では、物理量の収支が一致しているかをもって、収束性を確認します。

inletとoutletの流量を比較します。

//report/surface-integrals/mass-flow-rate

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

下記出力がでます。

                  Mass Flow Rate               [kg/s]
-------------------------------- --------------------
                           inlet        0.00038221559
                          outlet       -0.00038221559
                ---------------- --------------------
                             Net        1.1926224e-18

質量流量は保存されているようです。

コンター図の表示

コンター図の作成については、下記の記事にまとめています。

参考：ANSYS Fluentでコンター図を表示してみる

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。

画像提供：ANSYS, Inc.