[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 30 : 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 31 : Nays2DH起動画面

計算格子の作成

Figure 31 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 32 : 格子生成アルゴリズムの選択

Figure 33 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 33 :水路形状

すると、Figure 34 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 35 が表示される。

Figure 34 :確認(マッピング)

Figure 35 :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 36 が表示される。

Figure 36 :計算条件

Figure 37 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 38 に移る。

Figure 37 :流量設定

Figure 38 :流量下流端水位設定ウィンドウ

Figure 38 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 39 :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 39 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

[計算]→[実行]を指定すると、 Figure 40 のようなダイアログが表示されるので、[OK]を選択しプロジェクトを適当な名前で保存する。

この時プロジェクトはiproファイルで保存せずに必ずフォルダ(プロジェクトとして保存)で保存すること。

Figure 40 : 警告

計算中は Figure 41 のような画面が表示され、計算が終了すると、 Figure 42 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 41 :計算実行中の画面

Figure 42 :計算の終了

警告

計算が終わったら必ず Figure 43 のメニューバーの「ファイル」→「保存」を選んで計算結果を保存すること。この結果は後に行うGELATOによる解析で重要となる。

Figure 43 :計算結果の保存

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 44 : 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 45 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 46 が表示される。Figure 46 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 45 : ベクトル設定

Figure 46 : 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 47 )

Figure 47 : パーティクル(1)

Figure 48 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 48 : パーティクル(2)

Figure 49 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 49 : パーティクルの設定

Figure 49 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 51 のようなパーティクルの動きが表示される。

Figure 50 : アニメーションの再生

Figure 51 : Nays2DHによるパーティクルアニメーション

Figure 51 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、格子のインポート

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 ver2.x」を選んで、「OK」をクリックする。

Figure 52 : GELATOの選択と起動

GELATOセッションが開始され、「入力用CGNSファイルの選択」というダイアログが現れる。

Figure 53 : GELATOの起動

... ボタンをクリックするとファイル選択ダイアログが表示されるので、先ほど計算したNays2DHの計算結果のCGNSファイルをボタンを押して選択する。

Figure 54 : 計算結果CGNSの選択_1

するとダイアログに選択したCGNSファイルの情報が表示されるので、OK をクリックする。

Figure 55 : 計算結果CGNSの選択_2

格子をインポートするかどうかを尋ねるダイアログが表示されるので、はい をクリックする。

Figure 56 : 格子のインポート_1

以下のようなエラーが表示されるが、これは異なるソルバーの格子を読み込もうとすると必ず表示されるのものなので、気にせず はい をクリックする。

Figure 57 : 格子のインポート_2

インポートが完了すると以下のようにインポートされた格子が表示される。

Figure 58 : 格子インポート完了

2種のトレーサーの追跡(乱流拡散無し)

計算条件の設定

メニューバーの 計算条件(C) ‣ 設定(S) から、計算条件設定ウィンドウを開き、赤枠で囲った部分を以下のように設定する。

その他の計算条件はデフォルトのままでよい。

Figure 59 : 計算条件設定_1

Figure 60 : 計算条件設定_2

Figure 61 : 計算条件設定_3

Figure 62 : 計算条件設定_4

Figure 63 : 計算条件設定_5

Figure 64 : 計算条件設定_6

計算の実行

メニューバーの 計算(C) ‣ 実行(R) を選択すると、警告が現れるので適当な名前で保存する。

このときの保存形式は[ファイルに保存(ipro)]か[プロジェクトとして保存]どちらでも良い。

保存が完了すると計算が開始され、以下のようなウィンドウが表示される。

Figure 65 : 計算実行中画面

計算が終了すると「ソルバーの計算が終了しました.」とダイアログが表示されるので、OK をクリックする。

計算結果の表示

メインメニューの 計算結果(R) ‣ 新しい可視化ウィンドウ(2D)を開く を選択すると、二次元可視化ウィンドウがが表示される。

オブジェクトブラウザーで primary Nomal Tracers と secondary Nomal Tracers の スカラー を右クリックし、 プロパティ を選択すると、以下のようなウィンドウが表示される。

ここからパーティクルの色を変更できるので、プライマリーを赤、セカンダリーを青に変更する。

Figure 66 : パーティクルのプロパティ

タイムステップを最初に戻し、メインメニューの アニメーション(A) ‣ 開始/停止(S) を選択すると、アニメーションが再生される。

Figure 67 : アニメーションの再生

当然乱流拡散なしの計算なので、結果は以下のような単純なものとなる。

Figure 68 : GELATOによるパーティクルアニメーション(拡散なし)

2種のトレーサーの追跡(乱流拡散あり)

計算条件の設定

このまま計算条件を変更し、乱流拡散を考慮した計算を行う。

まず、メニューバーの 計算条件(C) ‣ 設定(S) を選択し、以下のように設定する。

Figure 69 : 拡散に関する条件設定

計算の実行と結果の表示

この設定で計算を実行すると、以下のような結果が得られる。

Figure 70 : GELATOによるパーティクルアニメーション(拡散あり A=1)

さらに、Aの値を10にすると以下のようになり、明らかに乱れの影響が大きくなる。

Figure 71 : GELATOによるパーティクルアニメーション(拡散あり A=10)