[計算例 1] 直線水路におけるトレーサーの輸送
Nays2DHによる流れの計算
ソルバの選択
iRICの起動画面から、[新しいプロジェクト]を選ぶと表示されるソルバの選択画面で、 [Nays2DH]を選んで[OK]ボタン押すと、
Figure 9 : ソルバーの選択
「無題- iRIC 4.x.x.xxxx [Nays2DH iRIC4X 1.0 64bit]」と書かれた Windowが現れる。
Figure 10 : Nays2DH起動画面
計算格子の作成
Figure 10 のウィンドウで、[格子]→[格子生成アルゴリズムの選択]から現れる、 「格子生成アルゴリズムの選択」ウィンドウ で[簡易直線・蛇行生成ツール]を選んで[OK]を押す。
Figure 11 : 格子生成アルゴリズムの選択
Figure 12 の画面で、[水路形状]を選択し、下記のようにパラメーターを設定し、他はすべてデフォルトなので、[格子生成]をクリックする。
水路主要部の形状 |
直線水路 |
X方向長さもしくは流下方向延長(m) |
5 |
X方向の格子数 |
100 |
Y方向長さもしくは水路幅(m) |
0.5 |
Y方向または横断方向格子数 |
20 |
主要部の河床勾配 |
0.005 |
下流端の河床高(m) |
-0.5 |
Figure 12 :水路形状
すると、Figure 13 確認ウィンドウが現れるので,[はい(Y)]を押すと格子が生成され、 Figure 14 が表示される。
Figure 13 :確認(マッピング)
Figure 14 :格子生成完了
Nays2DHによる流れの計算条件の設定
次に計算条件の設定を行う。メニューバーから[計算条件]→[設定]を選ぶと、 計算条件設定ウィンドウ Figure 15 が表示される。
Figure 15 :計算条件
Figure 16 の[境界条件]の[上流端流量と下流端水位の時間変化]で[Edit]をクリックして、流量ハイドログラフ入力ウィンドウ Figure 17 に移る。
Figure 16 :流量設定
Figure 17 :流量下流端水位設定ウィンドウ
Figure 17 において、[時間]、[流量]のハイドログラフを入力する。 ここでは、0～100秒まで、0.001㎥/sの一定流量を与える。設定が終わったら[OK]を押して ウィンドウを閉じる。
Figure 18 :時間に関するパラメータ
[時間]を選択し、パラメーターは Figure 18 のように設定し、 [OK]をクリックする。
Nays2DHによる流れの計算実行
Figure 19 : 警告
計算中は Figure 20 のような画面が表示され、計算が終了すると、 Figure 21 のような画面が現れるので、[OK]を押して、計算は終了となる。
Figure 20 :計算実行中の画面
Figure 21 :計算の終了
計算結果の表示
計算の終了後、[計算結果]→[新しい可視化ウィンドウ(2D)を開く]を選ぶことによって、可視化ウィンドウが現れる。
Figure 23 : 計算結果の表示
流速ベクトルの表示
オブジェクトブラウザーで、[ベクトル][Velocity]にチェックマーク入れて、 [ベクトル]をフォーカスさせてマウス右ボタン[プロパティ]をクリックすると、 「ベクトル設定」ウィンドウ Figure 24 が現れる。ここで、赤線で 囲った部分の設定をして[OK]を 押すと Figure 25 が表示される。Figure 25 は水深平均流速ベクトル である。等流状態で一様の流速分布となっている。
Figure 24 : ベクトル設定
Figure 25 : 水深平均流速ベクトル表示
パーティクルの表示
オブジェクトブラウザーの「ベクトル」を一旦アンチェックし、「パーティクル」と「Velocity」 にチェックマークを入れる。( Figure 26 )
Figure 26 : パーティクル(1)
Figure 27 のように「パーティクル」右クリックして「プロパティ」を選ぶと、
Figure 27 : パーティクル(2)
Figure 28 のような「パーティクルの設定」画面が現れるので、図の赤囲いのように パーティクスの発生位置を指定する。
Figure 28 : パーティクルの設定
Figure 28 に示すように、タームバーをゼロに戻し、メインメニューから、 「アニメーション」「開始/停止」を選ぶことにより、 Figure 30 のようなパーティクルの動きが表示される。
Figure 29 : アニメーションの再生
Figure 30 : Nays2DHによるパーティクルアニメーション
Figure 30 からわかるように、流れの計算結果をそのままパーティクル表示すると、乱流による乱れ成分が含まれていないので、何の変哲も無い 単純で退屈な 表示しかされない( ^^) _U~~
GELATOよるトレーサーの追跡
GELATOの起動
iRICの起動画面から、[新しいプロジェクト]を選ぶと表示されるソルバの選択画面で、 「GELATO」を選んで、「OK」をクリックする。( Figure 31 )
Figure 31 : GELATOの選択と起動
「無題 -iRIC 4.x.x.xxxxx [GELATO]」と書かれたウインドウが現れ、GELATOセッションが開始される。(Figure 32 )
Figure 32 : GELATOの起動
この状態の「プリプロセッサー」の「オブジェクトブラウザー」の「格子」の部分には[データなし]と表示されている( Figure 32 ) ので、まずは前記(Figure 14)で作成したものをインポートする。
Figure 33 : 格子データのインポート
「格子(データーなし)」を右クリックして「インポート」を選ぶ (Figure 33 ).
Figure 34 : 格子データファイルの選択
Figure 34 に示すように前述の「Nays2DHによる計算結果」をセーブしたプロジェクトフォルダーの中にある「Case1.cgn」を選択して、「開く」をクリックする。
Figure 35 : 警告
Figure 35 「このCGNSファイルは・・・ナンチャラ・・・・インポートしますか？」 と出るが、細かいことは気にせずに「はい(Y)」と答えると、 Figure 36 のように格子のインポートが完了する。
Figure 36 : 格子のインポート完了
2個のトレーサーの追跡(乱流拡散無し)
計算条件の設定
Figure 37 に示すように、メインメニューから「計算条件」「設定」を選ぶ。
Figure 37 : 計算条件の設定(0)
以下に示すように計算条件を設定していく。
「基本設定」の「流れの計算結果CGNSファイル」には前記の「Nays2DHの計算結果」が格納されているCGNSファイルを指定する。
Figure 38 : 基本設定
Figure 39 : プライマリートレーサーの供給条件
Figure 40 : セカンダリートレーサーの供給条件
Figure 41 : 通常トレーサーの時間設定
Figure 42 : 拡散に関する条件設定
他の条件はデフォルトの値を使用する。
計算の実行
Figure 43 : 計算の実行
計算が終了すると、Figure 44 のようなウィンドウが 表示されるので「OK」を押す。
Figure 44 : 計算の実行
計算結果の表示
メインメニューから、「アニメーション」「開始/停止」を選ぶ（ Figure 45 ) とアニメーションが開始される。( Figure 46 ) トレーサーはプライマリーとセカンダリーそれぞれのプロパティから色を設定することができる。
Figure 45 : 計算結果の表示
Figure 46 : トレーサーの動き(拡散無し)
当然、乱流拡散なしの場合は Figure 46 のような単純な結果となる。
2個のトレーサーの追跡(乱流拡散有り)
計算条件の設定
計算条件を変更し、乱流拡散の影響を考慮する。メインメニューから「計算条件」→「設定」を選択し、 Figure 47 の「計算条件」の設定ウィンドウを表示し、 「拡散に関する条件設定」の「ランダムウォークによるセル以下スケールの乱れの考慮」を「する」に設定し、 パラメーターの「Aの値」を[1]に設定し、「OK」を押す。
Figure 47 : 拡散に関する条件設定
計算の実行と結果の表示
前記と同様に計算を実行して結果をアニメーション表示すると、Figure 48 のような 結果となる。
Figure 48 : トレーサーの動き(拡散あり A=1)
さらに Aの値を10とすると、Figure 49 となり、明らかに乱れの影響が大きくなる。
Figure 49 : トレーサーの動き(拡散あり A=10)