[計算例 1]長方形水槽における自由水面の振動

Nays2dvを使って閉鎖水域(長方形の水槽)の自由水面の挙動のシミュレーションを行う。 ここでは、長方形形状の水槽の水面にコサインカーブの初期擾乱を与えて、その振動の様子を 観察する。

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、 [Nays2dv簡単鉛直2次元密度流モデル]を選んで[OK]ボタン押すと、

Fig. 4 : ソルバーの選択

「無題- iRIC 3.x.xxxx [Nays2dv簡単鉛直2次元密度流モデル]」と書かれた Windowが現れる。

Fig. 5 : 無題

計算格子の作成はNays2dv専用の格子生成ツールを用いる。Fig. 5 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[Nays2dv用格子生成ツール]を選んで[OK]を押す。

Fig. 6 : 格子生成アルゴリズムの選択

計算格子の作成

Fig. 7 :格子生成(計算領域)形状

Fig. 7 の画面で、[グループ]で[河床形状]を選び。「縦断方向のセル数」を[41], 「流下方向水路長(m)」を[10], 「下流端の河床高(m)」を[-1], 「河床勾配」を[0], 「河床形状」を[擾乱無し]とする。入力が終わったら「水面形」のグループへ 移動する。

Fig. 8 :格子生成(計算領域)形状

Fig. 8 の画面で、「水面形の定義方法」を[平均水深を与えて擾乱を与える], 「平均水深(m)」を[0.3], 「鉛直方向のノード数」を[21], 「水面勾配」を[0], 「水面擾乱」を [擾乱あり],「水面擾乱形」を[コサインカーブ], 「擾乱の波高(m)」を[０.1], 擾乱波数を[0.5]として、最後に[格子生成]ボタンを押す。

Fig. 9 :確認(マッピング)

すると、Fig. 9 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、 下図 Fig. 10 が表示される。

Fig. 10 :格子生成完了

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 Fig. 11 が表示される。

Fig. 11 :計算パラメータ

密度流の計算ではないので「密度の計算」は[考慮しない], 「温度差による密度」も[考慮しない], 「差分計算方法」の「流速の移流項」は[CIP法]とする。

Fig. 12 :初期条件と境界条件

次に、「境界条件」 Fig. 12 に移る。閉鎖水路の水面振動なので、「上下流の境界条件」は [上下流閉鎖条件]を選び、「時間と繰り返し計算に関するパラメーター」に移動する。

Fig. 13 :時間と繰り返し計算に関するパラメーター

「時間および繰り返し計算に関するパラメーター」 Fig. 13 図に示したようなパラメータを設定する。なお、 自由水面振動の計算なので、「自由水面の計算」は必ず[計算する]にしておく必要がある。

設定が終わったら[保存して閉じる]を押す。

計算の実行

Fig. 14 の画面で、メニューバーから[計算]→[実行]を選ぶと、Fig. 15 の画面が現れるので、「はい(Y)」を選んで、計算条件を保存しておく。保存はipro形式または、 プロジェクト形式を選択する。

Fig. 14 :計算の実行(1)

Fig. 15 :保存しますか？

保存が終了すると, Fig. 16 の画面が現れ、計算が始まる。

Fig. 16 :計算実行中

計算が終了すると, Fig. 17 の画面が現るの[OK]を押す。

Fig. 17 :計算終了

計算結果の表示

計算の終了後、Fig. 18 の画面で[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 Fig. 19 が現れる。

Fig. 18 : 計算結果の表示(1)

Fig. 19 : 計算結果の表示(2)

Fig. 19 が現れた段階で, Fig. 20 に示す[アニメーション]→[開始/停止]を押すことにより 水面の振動アニメーションの開始と停止が可能となる。

Fig. 20 : 動画の表示

なお,マウスのセンターダイヤを回すことにより、拡大・縮小が可能となっている。

ベクトルの表示

オブジェクトブラウザーで、[ベクトル]を右クリックして、[プロパティ]をクリックすると、 「ベクトル設定」ウィンドウ Fig. 21 が現れる。

Fig. 21 : ベクトルの設定

Fig. 21 の赤囲の部分の設定をして、[OK]をクリックする。 [アニメーション]→[開始/停止]ボタンで、 Fig. 22 のアニメーションが表示される。 [開始/停止]は Fig. 23 の赤丸のプレイボタンでも可能である。

Fig. 22 : ベクトルのアニメーション

Fig. 23 : ベクトルのアニメーションの開始・停止

圧力の表示

オブジェクトブラウザーで、Fig. 24 [スカラー][Pressure]に☑チェックを付て、 ここを右右クリックして、[プロパティ]を選ぶと、 「コンター設定」ウィンドウ Fig. 25 が現れる。ここで、赤丸の設定をして[OK]を 押すと Fig. 26 が表示される。

Fig. 24 : 圧力表示

Fig. 25 : 圧力コンターの設定

Fig. 26 : 圧力コンター設定終了

以下、ベクトルと同様にアニメーション表示も出来る。Fig. 27

Fig. 27 : 圧力コンターと流速ベクトルのアニメーション