SolidWorks Flow Simulation講師用ガイド 発表者 日時

SolidWorks Flow Simulationとは？ SolidWorks Flow Simulationは、SolidWorksに完全統合された流量と伝熱解析ソフトウェアです。 SolidWorks Flow Simulationは、実際の流体の作業環境におけるモデルのプロトタイプのテストをシミュレートします。次の質問に対する回答を得るのに役立ちます。プロトタイプに対する流量の影響、流量に対するプロトタイプの影響はどのようなものだろうか？ SolidWorks Flow Simulationは高効率および/またはパ フォーマンスの最適化された設計を製作するために、 学生、設計者、解析者、エンジニア、その他の専門家 によって使用されています。

SolidWorks Flow Simulationでの設計サイクル 結果に基づいてモデルを変更し、 設計に満足のいくまでシミュ レートします。 モデルを製造します。 SolidWorks Flow Simulation 解析 条件が満 たされていま すか？ いいえ はい ハードウェア

解析の利点 設計サイクルには、コストと時間がかかります。 解析は設計サイクルの数を減らします。 解析は高価なフィールド テストの代わりに、コンピュー タを使用してモデル（製品）をテストすることによりコス トを削減します。 SolidWorks Flow Simulation解析はオブジェクトの市場 投入までの時間を短縮します。 解析は最終的な決定を行う前に数多くの概念やシナリオを 迅速にシミュレートすることにより、設計の最適化に役立 ちます。

有限体積法 理論解は簡単な問題のみに利用できます。多くの仮定が行われるため、ほとんどの実際的な問題の解決に失敗します。 SolidWorks Flow Simulationは、矩形（平行6面体） の計算メッシュに対する有限体積法（FVM）で時間依 存のナビエ-ストークス方程式を解決します。 FVMは、単純および複雑な問題の両方に向けた一般的 な手法です。この方法は、流体現象のモデリングに推 奨される方法の1つです。

計算領域 計算領域は、計算が実行される直角プリズムの領域です。計算領域の境界面は、デカルト座標系の軸と直交しています。 内部解析の場合は、計算領域にはモデル内部の流体ボリュームが含められます。壁の伝熱を考慮に入れる場合は、モデルの壁も含められます。 外部解析の場合は、計算領域にはモデル周囲の空間が含められます。

境界条件のタイプ 速度、質量流量、体積流量、または圧力（静圧および全圧）境界条件は、モデルの入口と出口に指定します。 周囲の流体条件は、外部解析の場合は遠方境界に指定します。 ファンはモデルの入口と出口のほか、計算領域内にも指定できます。 必要に応じて、対称境界条件や理想壁を指定できます。

境界条件のタイプ 以下の熱境界条件を流体と接触しているモデルの壁に指定できます。 断熱壁 温度の指定された壁 熱流または伝熱率の指定された壁 伝熱係数の指定された壁 粗い実在壁 理想壁（断熱摩擦がない壁） 可動壁（壁の移動/回転をシミュレートする）

解析の主な手順 解析のタイプ、フィジカル フィーチャー、流体とソリッドの材料を定義します。 境界条件を指定します。 解析のゴールを定義します。 モデルのメッシュを作成します。これは一連の自動的なステップで、コードによってモデルと計算領域が計算セルに分割されます。 解析を実行します。必要に応じて、収束を確認します。 結果を表示します。

考慮されるフィジカル フィーチャー 定常および時間依存の問題の両方を解決できます。順序依存方程式は、ローカル タイム ステップにより解決されます。 粘性の伝熱多種液体と非ニュートン液体の圧縮不可能および圧縮可能な流れを計算できます。 粘性の伝熱多種ガスの亜音速、遷音速、超音速の圧縮可能な流れを計算できます。 異なる液体タイプのある領域を1つのモデル内に含められます。

考慮されるフィジカル フィーチャー ソリッド内の熱伝導とソリッド間の熱輻射は同時に計算できます。 熱源はボリューム単位でサーフェスに指定できます。 重力効果を考慮に入れることが可能です。 ポーラス メディアは抵抗分布として指定できます。 サーフェス間の熱輻射と周囲に対する輻射。 グローバルおよびローカルの回転参照フレーム。

考慮されるフィジカル フィーチャー 蒸気の結露。 相対湿度の計算。 ヒートシンクのシミュレーション。 熱電（ペルチェ）冷却機。 水流中のキャビテーション。

解析の背景 k-e乱流モデルを使用する時間依存のレイノルズ平均3Dナビエ-ストークス方程式。 有効な層流、乱流、または一過性流れの境界レイヤーのための境界レイヤーのモデリング技術。摩擦、伝熱、流れ剥離のモデリング。 ソリッド内の熱伝導方程式、サーフェス間の熱輻射、ソリッド、流体および周囲空間内の伝熱現象の複合解析。

高度な数学的技術 あらゆる任意の3Dモデルのメッシュを作成できるようにする自動メッシュ作成ツール。 マルチグリッドの暗示的ソルバ。 解析の収束と計算の停止のための自動ツール。 結果処理と3Dビジュアライゼーションのための高度な技術。 モデルと流れ場特性の自動レゾリューション。

解析のゴール 計算領域のあらゆる点、サーフェス、またはボリュームにおける流れ場パラメーター（圧力、温度、密度、速度、濃度など）の計算。 モデル内のあらゆる点における温度の計算。 流れ場全域にわたる過渡現象の計算。 力とモーメント、空気力学係数の計算。流れ場によって生じるせん断応力分布の計算。

解析のゴール デバイスを通る質量流量と体積流量の計算。 圧力降下、油圧抵抗の測定。 熱流、伝熱係数の計算。 流れ場内の粒子軌跡およびモデルとの粒子相互作用のパラメーターの計算。

メッシュ メッシュは、モデルと流体ボリュームをセルと呼ばれる多数の小さなピースに分割します。 セルを小さくするとより正確な結果を得られますが、より多くのコンピュータ リソースを必要とします。 形状を変更した後は、必ずモデルのメッシュを再作成する必要があります。材料と境界条件パラメーターの変更は、メッシュの再作成を必要としません。 自動メッシュ作成システムは、指定された最小ギャップ サイズ、最小壁厚さ、結果レゾリューション レベルに従ってメッシュを作成します。

解析の実行 解析中にプログラムは、解を得るために繰り返されます。SolidWorks Flow Simulationには、時間内に収束を解析する、結果を計算する、または非定常解析結果を展開する高度な使いやすいツールのほか、解析を中断することなく結果を表示するツールが用意されています。 SolidWorks Flow Simulationには、最新の高速かつ正確な安定したソルバが搭載されています。 SolidWorks Flow Simulationには、あらかじめ定義された収束基準を満たした場合は解析を停止する自動システムがあります。

結果の表示 SolidWorks Flow Simulationには、結果を表示する次の高度な使いやすいツールが用意されています。断面プロット、3Dプロファイル プロット、サーフェス プロット（輪郭、等値線、ベクトル）、等値面、XYプロット、流跡線と粒子軌跡、結果のアニメーション。 SolidWorks Flow Simulationには、結果を処理する次の高度なツールが用意されています。点パラメーター、サーフェス パラメーター、およびボリューム パラメーター、ゴールのプロット、MS Wordレポート。