流体解析
熱流体シミュレーションソフトウェアは、空気の流れや熱の移動などを計算できるツールです。試作品を作ることなく、コンピュータ上でさまざまな状況を予測できるため、製品開発の構想段階から利用できます。また、試作品が作れないもの、実験が困難なものに対しても、完成時の状況を予測できます。さらに、通常目に見えない流れや熱を視覚的に表現することで、設計者以外の人に対して、高い性能や、製品意図などを伝える手段として利用できます。
エンジニアリングにおけるCFDの役割
今日の製造業において最も喫緊の課題は、顧客ニーズを満たす高付加価値製品を市場に迅速に投入することです。さらに、成功する企業は、不十分な性能、製品の不具合、顧客の不満を招く可能性を事前に特定し、潜在的なリスクを軽減する設計開発プロセスが必要となります。
熱流体解析ソフトウェアは、設計プロセスの早い段階で最良の製品仕様が確認されるよう、「フロントローディング」製品開発に不可欠です。基本設計段階では、製品の性能に直接影響を与える流体や熱現象の基本的な検証を行い、設計品質を改善します。詳細設計段階では、実際に製品が稼動する条件でシミュレーションが実行されます。このプロセスから、設計エンジニアは、生産が始まる前に性能に関わる問題を特定し、対策を講じることが可能となります。
MSCが提案するCFDソフトウェアの特長:
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業界別適用例:
- 航空宇宙: 亜音速および超音速流れ, 車両の空力性能, 共役熱伝達
- 自動車: 車室内空調, 空力騒音, タンクのスロッシング解析, 排気管の騒音, エンジンルーム通風, 電熱式デフロスタ, ギアボックス
- コンシューマ製品: 音響特性, パッシブ/アクティブ クーリング, 自転車のヘルメット
- エレクトロニクス: 半導体パッケージ, PCB, クーリング, LED解析
- 造船: 音響, プロペラ設計, キャビテーション
- 機械: 大型換気ファン, ガスタービン, 風力タービン, 蒸気タービン, ポンプ, 洗濯機, ターボチャージャー
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Multiphase analysis allows for simulation using free surface, particle tracking, and volume of fluid. Application using multiphase include particle deposition, effect of waves on ships, effect of gasoline tank shaking. |
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Discontinuous and overset mesh allow for various methods to simulate moving objects. Discontinuous mesh makes it possible to analyze a combination of rotation and translation such as a piston pump, or shear forces during application of a disk brake. Overset mesh incorporates a stationary and moving mesh. Applications with deformation, rotation, or multiple moving regions can be simulated using this approach. Examples using overset mesh include, a gear pump or opening and closing of an engine port valve. |
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Supersonic flow and expansions/ contraction of volume simulation are possible using either a pressure based or density based solver. A density-based solver keeps the calculation stable during high Mach number simulations. Depending on the objective, either solver can be specified for the analysis. |
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CFD is capable of considering all three modes of heat transfer. In addition to natural and forced convection, radiation can be solved using either the flux or view factor method. With view factor reflection, transmission, and refraction can be considered. In boiling can be predicted for a fluid by considering the nucleate boiling coefficient. |
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Sound caused by pressure oscillation of fluid, such as wind noise, and sound caused by resonance can be predicted using Large Eddy Simulation (LES) and a weak compressible flow model. A Fast Fourier Transform calculation can be used within the software to predict the frequency of noise. |
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Using previous simulation results, Optimus for Cradle can be used to search for an optimal design. Multiple design variables and multiple design objectives can be considered using a genetic algorithm. |
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From importing and modifying the geometry, creating a mesh, running the simulation, and creating a report, all aspects of MSC’s CFD Software can be automated using visual basic. |