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数値流体力学 (CFD) シミュレーション

数値流体力学 (CFD) シミュレーションは、ナビエ-ストークス方程式を使用して流体の動作を表現します。

数値流体力学とは何か

数値流体力学シミュレーションは、力学の基本的な法則、流体力学の基礎方程式、およびモデリングを用いて、物理的な問題を数学的に定式化するものです。定式化されたら、コンピューティング・リソースが数値計算法を使用してCFDソフトウェアで方程式を解き、関連する物理特性の近似解を求めます。

数値流体力学シミュレーションは、ナビエ-ストークス方程式を使用して流体の動作を表現します。CFDシミュレーションの精度は、モデルの忠実度、使用する近似と仮定、実験による検証、利用可能なコンピューティング・リソースにより左右されます。数値流体力学シミュレーションの不確実性とエラーを特定し、それを設計と解析に活用することが重要です。

流体の動きと周囲環境との相互作用を予測する主な方法は、実験、解析、数値計算の3つです。数値流体力学は、定常または非定常の流体の動きをシミュレーションする数値計算法であり、コンピューター技術とハードウェアを使用します。

数値流体力学は、実験と解析に代わる、または実験を補完する手法として確立されたものであり、身の回りの製品の設計エンジニアリングと解析を支援します。

関連製品: Simcenter STAR-CCM+ | Simcenter FLOEFD | Simcenter Flotherm | Simcenter Flotherm XT | Simcenter Battery Design Studio

マルチフィジックス数値流体力学シミュレーション・ソフトウェアのスクリーンショット。
Simcenter STAR-CCM+ソフトウェアの数値流体力学 (CFD) シミュレーションの画像。

CFDシミュレーションを複数の領域に活用

Simcenter熱流体ソリューションの詳細については、このソリューション・ガイドをご覧ください。

ソリューション・ガイドを見る

利点を理解する

数値流体力学は、実験と解析に代わる、または実験を補完する手法として確立されたものであり、身の回りの製品の設計エンジニアリングと解析を支援します。物理プロトタイプ作成や実験と比較して、CFDシミュレーションには次のような利点があります。

性能を向上

数値流体力学 (CFD) シミュレーションを使用すると、エンジニアリングの可能性を迅速に解析して探索し、製品性能を向上させることができます。

作業時間を短縮

CFDシミュレーションは、物理試作をテストする方法に比べて、最適化した製品設計をより早く市場に投入できます。

コストを削減

数値流体力学を活用することで、従来の物理プロトタイプをベースにした開発プロセスと比較して、製品開発コストを大幅に削減できます。

CFDシミュレーションの手順

すべての数値流体力学 (CFD) シミュレーションは、使用するソフトウェアにかかわらず、次の標準的な手順をたどります。

Simcenter STAR-CCM+ソフトウェアによるメッシュ生成の画像。

プリ処理

プリ処理段階では、ジオメトリを作成し、CFDシミュレーション用に準備します。メッシュ生成またはグリッド生成と呼ばれるプロセスでは、CFDツールがドメインを小さなボリュームやセルに分割します。流動条件、流体特性、初期境界条件はユーザーが指定します。

CFDシミュレーション・ソフトウェアが、CFDソルバーを使用して、離散化方程式を反復的に解き始めます。

ソルバー処理

CFDシミュレーション・ソフトウェアが、CFDソルバーを使用して離散方程式を反復的に解き始めます。この手順には多くの時間とコンピューティング・リソースを必要とします。複雑なシミュレーションの場合、コスト効果の高い選択肢としてクラウド・コンピューティングを選ぶ企業が増えています。

Simcenter STAR-CCM+をGPUで実行する大きな利点は、複雑なモデリングの際に数値流体力学 (CFD) 機能が高速化することです。

ポスト処理

ソルバー処理の後、レポート、測定モニター、プロット図、2D/3D画像やアニメーションなどによりシミュレーション結果を視覚化し、定性的および定量的に解析します。検証と結果の妥当性評価もこの段階で行います。

マルチフィジックス数値流体力学

最新の数値流体力学 (CFD) シミュレーションは、流体熱伝達の挙動をシミュレーションおよび予測する以上の機能を提供します。現在、CFDは複合領域のコンピューター支援エンジニアリング (CAE) 環境に組み込まれており、エンジニアは反応流から空力音響、混相流から粒子力学、電子機器の冷却から空気力学まで、流体関連の幅広い物理特性をモデル化し、それらを関連する流体力学と緊密に連成させることができます。製品の複雑化が進むなか、領域を超えた包括的なエンジニアリングが必要になっており、製品性能を最大化するためにはCFDが欠かせません。

CFDシミュレーション関連製品を詳しく見る

2台のレーシング・バギーのSimcenter STAR-CCM+モックアップの画像。
Simcenter

Simcenter STAR-CCM+ CFD software

Simcenter STAR-CCM+は、マルチフィジックス数値流体力学 (CFD) ソフトウェアです。このソフトウェアを使うと、CFDエンジニアは複雑さをモデル化し、実世界の条件下で動作する多くの製品案を検討できます。
Simcenter FLOEFDによって作成された回路設計図。
Simcenter

Simcenter FLOEFD software

Simcenter FLOEFDは、設計者向けの完全CAD組み込みCFDソフトウェアです。流体フロー・シミュレーションと熱解析を早期にフロントローディングし、NX、Solid Edge、CATIA、またはCreoでCADジオメトリを直接操作することで開発工期を短縮します。
熱解析を支援し、熱デジタルツインの開発をサポートするSimcenter Flothermソフトウェアのビジュアル。
Simcenter

Simcenter Flotherm software

Simcenter Flothermは、電子機器冷却CFDシミュレーション・ソフトウェアであり、正確で高速な熱解析を提供し、CAD作成前のコンセプト設計の検討から詳細設計、検証に至るまで、熱デジタルツインの開発をサポートします。

無償評価版を試す

2台のレーシング・バギーのSimcenter STAR-CCM+モックアップの画像。

Simcenter STAR-CCM+評価版

  • 実際の運航条件下においてフルスケールで船舶の性能をシミュレーション
  • デジタルでテストを実行して何百もの設計を探索し、革新的なソリューションを創出
  • 船舶の数値流体力学シミュレーション時間を数日から数時間に短縮
Simcenter FLOEFD for NXのスクリーンショット

Simcenter FLOEFDの評価版

  • Simcenter FLOEFDソフトウェアで実際の形状を使用して、コンピューター支援設計 (CAD) から直接、数値流体力学シミュレーションを体験
  • NX、Solid Edge、Creoのいずれを使用していても、流体解析と熱伝達解析の前倒しを実践的に経験
Simcenter Flothermエレクトロニクス熱解析ソフトウェアのオンライン評価版で、PCBの熱解析を含む2Uサーバー・シミュレーションを実行した例。

Simcenter Flothermの評価版

  • 高速で高精度なシミュレーションに習熟して、信頼性の高い電子機器の熱設計を実現
  • サンプルを使用して学習し、設計を作成
  • PCBモデル用E-CADデータのシームレスなインポート、ヒートシンク最適化、過渡解析、液体冷却、モデル・キャリブレーションに関するチュートリアル

よくある質問 (FAQ)

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オンデマンド・ウェビナー | 数値流体力学シミュレーションの可能性を再定義

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ポッドキャスト | 数値流体力学の過去、現在、未来 (ゲスト: Simon Fischer博士)

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