シミュレーション計算

作成したメッシュデータを用いてシミュレーション計算を行う．

• シミュレーションの複製
• メッシュの変更
• メッシュサーフェス名の設定
• 流体領域の指定
• 境界条件の設定
• 計算条件の設定
• シミュレーション計算の実行

1. シミュレーションの複製

タブを Simulation Designer に移動してシミュレーションの複製を行う．

　Simulations → (既存のシミュレーション) → 右クリック → Duplicate

必要なら複製したシミュレーションの名称変更を行う．

　Simulations → (複製したシミュレーション)
　　→ Information → Name [ 新しいシミュレーション名称 ] → [ Save ] ボタンをクリック

2. メッシュの変更

メッシュの作成 で作成した新しいメッシュに変更する．

　Simulations → (複製したシミュレーション) → Domain
　　→ Available Meshes → [ 新しく作成したメッシュ ] をクリック

3. メッシュサーフェス名の設定

境界条件を設定するメッシュサーフェスに名前を付ける．境界条件ごとに face set にする．

• walls : _BaseMeshBox の側面および上面
• symmetry : _BaseMeshBox の対称面（車体中央に位置）
• floor : 路面
• inlet : 流入面
• outlet : 流出面
• body : 車両ボディサーフェス
• fr-wheel : 前輪サーフェス
• rr-wheel : 後輪サーフェス

名前を付ける手順

　Simulations → (複製したシミュレーション) → Domain → Topological Entity Sets
　　(画面右側に表示されているモデルのサーフェスをクリックして選択 → 赤色に)
　　　→ [ Create set ] → Name of new set [ walls ]（例）→ [ Create ]

設定した symmetry 面を選択した様子

4. 流体領域の指定

メッシュを変更しているので流体領域の Volume がどれになるかを再指定する．

　Simulations → (複製したシミュレーション) → Model → Materials → Air
　　→ Material → Topological Mapping → Filter for entity types [ volumes ]
　　　→ [レ] region0 をチェック → [ Save ] ボタンをクリック

5. 境界条件の設定

5.1 境界サーフェスの指定

複製したシミュレーションには境界条件の設定は残っているがメッシュを変更したので各境界条件で境界サーフェスに face sets を再設定する必要がある．

　Simulations → (複製したシミュレーション) → Model → Boundary Conditions → (各項目)　

5.2 車速の設定

下記の境界条件の例では車速が 30m/s (=108km/h) に相当するように設定しているが，速度を変更したい場合には次の項目を変更する必要がある．

• 流入速度
• 路面速度
• 各ホイールの角速度

5.3 ホイールの回転設定

車体やホイールの大きさによって前後輪の回転軸の位置や方向，角速度が変わるので各関連項目を変更する必要がある．

fr-wheel の境界条件の設定の様子

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• Boundary Conditions
  • inlet
    • face sets : inlet
    • Type : Velocity inlet
      • x value [m/s] : 30 （流入速度）
  • outlet
    • face sets : outlet
    • Type : Pressure outlet
  • symmetry
    • face sets : symmetry
    • Type : Symmetry
  • side-walls
    • face sets : walls
    • Type : Wall - Slip
  • floor : 路面
    • face sets : floor
    • Type : Wall - Moving wal velocity
      • x value [m/s] : 30 （路面速度）
  • fr-wheel
    • face sets : fr-wheel
    • Type : Wall - Rotating wall velocity
      • Origin （車軸の原点）
        • x value [m] : 0
        • y value [m] : 0
        • z value [m] : 0.172
      • Axis of rotation （車軸の向き/ベクトル）
        • x value [m] : 0
        • y value [m] : -1
        • z value [m] : 0
      • Angular velocity [rad/s] : 106.38 （車軸の角速度）
  • rr-wheel
    • face sets : rr-wheel
    • Type : Wall - Rotating wall velocity
      • Origin
        • x value [m] : 2.65
        • y value [m] : 0
        • z value [m] : 0.18
      • Axis of rotation
        • x value [m] : 0
        • y value [m] : -1
        • z value [m] : 0
      • Angular velocity [rad/s] : 103.45
  • body
    • face sets : body
    • Type : Wall - No-slip

6. 計算条件の設定

6.1 計算回数などの設定

CFD では繰り返し計算を行い解を収束させていくのでその回数を何回まで行うのかを End time value で設定する．

最初のシミュレーション計算では長めに1500〜2000回ぐらいを設定して，解や次項で説明する力・空力係数が収束する回数を見極め，その次のシミュレーション計算で回数を少なくすると限られた core hours を有効に使える．

　Simulations → (複製したシミュレーション) → Simulation Control

• 設定変更を行う可能性のある項目
  • End time value [s] : 1500 （単位は [s] となっているが繰り返し計算の回数の設定）
  • ▼ Details → Write interval (simulation time steps) : 750
    • （計算結果の保存を行う繰り返し計算回）
      • = 全体で1500回 保存回750回毎 なら 0, 750, 1500 の計算終了時に結果が保存される

6.2 力・空力係数の計算設定

車両に加わる力の合計および Cd や Cl, Clf, Clr などの空力係数の算出を行うために Result Control の設定を行う．

　Simulations → (複製したシミュレーション) → Result Control
　　→ Force and moments → （各項目）

• 算出項目
  • body-wheels_force （ボディ・ホイールに加わる力の合計を算出）
  • body-wheels_coefficient （ボディ・ホイールに加わる力から算出される空力係数）
  • body_coefficient （ボディに加わる力から算出される空力係数）
• 備考
  • SimScaleでは（OpenFOAMでは？）力の合計は圧力と粘性抵抗が別に計算されるのであまり実用的ではなく空力係数を性能判断に用いるが，空力係数の計算が合っているかを手計算で確認出来るので算出
  • ホイールベースや車速に変更が無ければ再設定を行う必要があるのは各 fece sets のみ

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body-wheels_force（ボディ・ホイールに加わる力の合計を算出）

• body-wheels_force
  • Faces for force calculation
    • body
    • fr-wheel
    • rr-wheel
  • Center of rotation （路面上のホイールベース中心に設定）
    • x value [m] : 1.325 （ホイールベースの中心）
    • y value [m] : 0
    • z value [m] : -0.11 （路面高さ）
  • Write control → ▼ Details
    • Write interval (simulation time steps) : 50（例/計算実行毎回数）

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body-wheels_coefficient （ボディ・ホイールに加わる力から算出される空力係数）

• body-wheels_coefficient
  • Faces for force calculation
    • body
    • fr-wheel
    • rr-wheel
  • Center of rotation （路面上のホイールベース中心に設定）
    • x value [m] : 1.325
    • y value [m] : 0
    • z value [m] : -0.11
  • Freestream velocity magnitude → ▼ Properties
    • Freestream velocity magnitude value [m/s] : 30 （車速=代表流速）
  • Reference length → ▼ Properties
    • Reference length value [m] : 2.65 （ホイールベース=代表長さ）
  • Reference area → ▼ Properties
    • Reference area value [m^2] : 0.645 （前面投影面積）
  • Write control → ▼ Details
    • Write interval (simulation time steps) : 50（例/計算実行毎回数）

---

body_coefficient （ボディに加わる力から算出される空力係数）

• body_coefficient
  • Faces for force calculation
    • body
  • Center of rotation （路面上のホイールベース中心に設定）
    • x value [m] : 1.325
    • y value [m] : 0
    • z value [m] : -0.11
  • Freestream velocity magnitude → ▼ Properties
    • Freestream velocity magnitude value [m/s] : 30 （車速=代表流速）
  • Reference length → ▼ Properties
    • Reference length value [m] : 2.65 （ホイールベース=代表長さ）
  • Reference area → ▼ Properties
    • Reference area value [m^2] : 0.645 （前面投影面積）
  • Write control → ▼ Details
    • Write interval (simulation time steps) : 50（例/計算実行毎回数）

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各設定値参考図

7. シミュレーション計算の実行

7.1 Simulation Run の作成 実行

各設定が終わったらシミュレーション計算を実行する．まずは Simulation Run を作成する．

　Simulations → (複製したシミュレーション) → Simulation Runs
　　→ [ + New ] ボタンをクリック→ Create new run (ポップアップ)
　　　→ [ Create ] [ Start ] ボタンをクリック → 計算開始（いきなり!! 変更されている 2017.07.13)

• 注
  • Create new run のポップアップで Name of new run は編集できるようになっているが編集してしまうと計算結果が保存出来なくなることがあるのでこの時点では絶対に編集をしない．名前の変更を行いたいときは計算が終了して結果が保存された後に名前の編集を行う．
  • Simulation Run には設定が Settings 以下に静的に格納されるのでその内容も時間があれば確認
• 備考
  • 10M nodes のメッシュ・繰り返し800回のシミュレーション計算時間は 3時間 ぐらい（32 cores 使用）
  • 実行の再確認のメッセージが出なくなったのは計算が失敗したときの core hours はカウントされなくなったためかな？

7.2 Simulation Run の実行

Simulation Run を作成したら，その実行を行う．

　Simulations → (複製したシミュレーション) → Simulation Runs
　　→ Run 1 → Simulation Run → [ ▶︎ Start ] ボタンをクリック
　　　→ Please confirm (ポップアップ) Really start this simulation run?
　　　　→ [ Yes ] ボタンをクリック