ターボ機械専門の流体解析ソフトTCFDによる流体解析:軸流ポンプの解析例

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TCFDによるターボ機械の流体解析:軸流ポンプの解析例

この例では、TCFDを使用した軸流ポンプの流体解析を実行するためのスムーズなワークフローを示しています 。

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TCFDの自動化されたワークフロー

CFD SUPPORT社は、次世代のCFD(流体解析)シミュレーションソフトTCFDを発表しました。 TCFDは、ターボ機械分野の流体解析に特化した流体解析ソフトで、この分野のCFDシミュレーションの生産性を飛躍的に向上させます。 TCFDは、商用コードの利点(プロフェッショナルなサポート、十分にテストされた、業界向けの特化、堅牢で、正確で、自動化された、GUIなど)と オープンソースの利点(永続的、無制限のユーザ、ジョブ、コア、カスタマイズ可能な...)をうまく融合させた流体解析ソフトです。



今回は「軸流ポンプの解析例」についてですが、TCFDの操作は完全に自動化されており、データ入力、新しいケースの書き出し、メッシュの作成、ケースのセットアップ、 ケースのシミュレーション、結果の評価、結果レポート作成など、すべてのワークフローを1つのコマンドで実行できます。 データ入出力は、GUIとバッチモードの両方が使用できます。 TCFDは、主にエンジニアの実際の付加価値の高い仕事を支援することに重点を置いています。


軸流ポンプの解析例の形状データとメッシュ

今回使用する軸流ポンプモデルは、外部の.mshメッシュ形式からOpenFOAM®メッシュ形式に変換され、 定期的なセグメントとして計算されます。 メッシュは、入口管、ロータ部分、ステータ部分および出口部分の4つの個別の構成要素を有します。 各コンポーネントには独自のメッシュがあります。すべてのメッシュが1つのメッシュに結合され、 それらはインタフェースと接続されます。TCFDでは、任意の数のモデルコンポーネントが許可されています。 下図は、本解析例(軸流ポンプの解析例)のメッシュです。



周期的なセグメントかどうか

計算メッシュは、単一ブレードの周期的セグメントと同様に、全体のインペラとして使用することができます。 また、周期的部品および全体的部品の任意の組合せが存在し得ます。 唯一の条件は、インターフェイスがハブとシュラウドで一致する必要があることです。 周期的セグメントのアプローチは、メッシュセルの合理的な量を節約することができます。 その結果、シミュレーションのCPU時間が短縮されます。完全なインペラの踏面はより強固です。 また、フル・インペラーは同じメッシュで過渡シミュレーションを可能にします。


コンポーネントグラフ

TCFDでシミュレートされたプロジェクトには、コンポーネントグラフがあります。 コンポーネントグラフは、コンポーネントトポロジの構成方法を示します。 インレット、アウトレット、コンポーネントがどのようにインターフェイスを介して接続されているか等です。 下図は、本解析例(軸流ポンプの解析例)のコンポーネントグラフです。


本解析例(軸流ポンプの解析例)の設定一覧

非圧縮性流体モデル
定常流モデル
媒体:水
粘度:ν= 8.899e-7 [m2/s]
回転速度:294 [RPM]
流速:14 [m3/s]
インタフェース:mixingInterface(ラジアル平均)
乱流モデル:k-ωSST
メッシュ:外部ヘキサメッシュ
メッシュセル(セグメント):210580
メッシュ平均y +:100 [-]
CPU時間(セグメント):8 [core.hours]


CFD(流体解析)シミュレーションの実行

シミュレーションは、任意の数の並列プロセッサで実行できます。 シミュレーションが開始された直後に、ユーザーはHTMLレポートで重要なすべての量の進捗状況、 すなわち流量、残差、効率、トルク、圧力差などを追跡することができます。 これらのランタイム関数は、ユーザーにシミュレーション収束の貴重な情報と、 予想される終了前にシミュレーションを停止する可用性を提供します。


TCFDで実行されるすべてのシミュレーションは、html形式のレポートを持っています: 軸流ポンプの自動レポート例

ターボブレードポストを使った流体解析結果の可視化

ParaViewで流体解析シミュレーションの結果を可視化できます。 ParaViewは、CFDデータを分析するためのすべての標準機能を提供するCFD後処理ツールです。


CFD Support社は、ターボ機械のためのポスト処理のためにParaViewへの特別な拡張機能を開発しました。 Turbo Blade Postは、Blade-to-bladeビューやメリディオナル平均を可能にするParaView用の特別なフィルタセットです。 Turbo Blade Postの詳細マニュアルはオンラインで入手できます: Turbo Blade Post Manual


Turbo Blade Post内で、羽根車のメッシュを巻き戻して、ハブとシュラウドの間のブレードスパンに沿って同じ高さの計算量をスライスすることができます。 このようなアンラップメッシュでは、ブレードに沿ってある高さですべての量をプロットすることもできます。 ターボブレードポストのもう1つの機能は、シミュレーションされた量の周方向平均の子午線面を作成する子午線平均です。



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