1. プリセット境界条件選択画面
  2. パラメータ・ファイル編集画面
  3. 境界条件設定画像ファイル読み込み画面
  4. 境界条件確認・CADモデル編集画面
  5. シミュレーション・解析画面
  6. 3次元空間マウス操作
  7. ツール・メニュー
  8. プローブの設置

1.プリセット境界条件選択画面

プリセット境界条件を活用することで、いくつかの基本的な境界条件を、境界条件設定画像を用いることなく設定することが可能です。典型的な利用方法として、(1)流入―流出プリセット境界条件を選択し、CADで設計したSTLモデルを読み込むことで、モデル周りの流れのシミュレーションを画像ファイル無しに実施することができます。

境界条件設定画像やCAD(STL)モデルを用いて設定した境界条件と、本プリセット境界条件が干渉する場合、境界条件設定画像やCAD(STL)モデルを用いて設定した境界条件が優先的に適用されます。

プリセット境界条件選択画面。クリックで選択、再度クリックで選択解除。
プリセット境界条件選択画面。クリックで選択、再度クリックで選択解除。

プリセット境界条件の説明

  1. 流入―流出境界条件(Inflow-outflow)
    本プリセット境界条件では、流入境界を青色境界条件を用いて設定します。その他の全ての計算領域境界は、流出境界条件として指定されます。
  2. 流入-壁境界条件(Inflow-wall)
    本プリセット境界条件では、下側の計算領域境界を壁条件と設定しています。本プリセット境界条件を用いると、例えば、静止している地面上に存在する建築物(境界条件設定画像やCADにて指定)周りの風のシミュレーションなどを実施することができます。
  3. 流入―移動壁境界条件(Inflow-moving wall)
    本プリセット境界条件では、下側の計算領域境界を流入流体速度と同じ速度で動く移動壁境界と設定しています。本プリセット境界条件を用いると、走行中の車周りの流体シミュレーションを地面の効果を含めて実施することができます。
  4. 全壁境界条件(all-wall)
    本プリセット境界条件では、全ての計算領域境界を、壁条件として設定しています。部屋などの閉空間内の気流のシミュレーションに最適なプリセット境界条件です。

2.パラメータ・ファイル編集画面

パラメータ・ファイル編集画面では様々な情報が表示されていますが、基本的には各行1つのパラメータに関する情報が表示されています。それぞれの行の構成は、パラメータ名、パラメータ(数値またはラジオボタン)、パラメータの説明文となっています。パラメータの説明文は、すべて表示されていない場合もありますが、各パラメータ行にカーソルを合わせることで、全パラメータ説明文が表示されます。

パラメータ・ファイル編集画面
パラメータ・ファイル編集画面

上記、番号付き項目の説明

  1. パラメータ行の区切り線
    パラメータ編集画面の可読性のために自由に設置可能な区切り線で、全て“-”(ハイフン)で始まります。
  2. 現在選択・編集中のパラメータ
    マウスクリックやup/downボタン、矢印キーなどで選択します。
  3. パラメータ名
  4. パラメータ値
    パラメータ値は、数字の入力または選択ボタンにより設定します。
  5. パラメータ説明文(一部)
  6. パラメータ説明文(全文)
    パラメータ行にマウスカーソルを合わせることで、パラメータ説明全文を表示します。
  7. パラメータ有効フラグ
    • :パラメータ名が正しく、他のパラメータ設定上有効であるパラメータのフラグ色
    • :パラメータ名は正しいが、他のパラメータ設定上無効であるパラメータのフラグ色
    • :パラメータ名が正しくない場合のフラグ色
  8. パラメータ編集ボタン
    • up一つ上のパラメータを選択します。
    • down一つ下のパラメータを選択します。
    • swap up一つ上のパラメータと行を入れ替えます。
    • swap down一つ下のパラメータと行を入れ替えます。
    • add現在選択中の行にパラメータ行または区切り線を追加します。パラメータを追加する場合は、追加したいパラメータ名を入力し、OKボタンを押してください。区切り線を追加する場合は、“-”(ハイフン)で始まる文字列を入力します。
    • delete現在選択中のパラメータ行を削除します。
    • cancelパラメータの編集を中止し、初めの画面へ戻ります。
    • proceed現在入力中のパラメータを確定し、次の画面へ進みます。

3.境界条件設定画像ファイル読み込み画面

境界条件読み込み画面では、読み込んだ各画像(bcXY0.bmpなど)が物理的縮尺で設定された計算格子点と共に表示されますが、それ以外にも、右側に位置するスクロール可能な画面内に、3次元モデル構築手法選択のためのラジオボタンなどが表示されています。この右側領域には、プリセットカラーと共に、境界条件ファイルにて用いらている色ごとに設定項目が表示されます。

境界条件ファイル読み込み画面
  1. 色情報
    境界条件ファイルにて用いられている色及びその色のRGB情報。黒、青、赤、緑のプリセットカラーのみ使用されていなくても表示される。
  2. Strtch
    対象の色に対してストレッチング(Strtch)を適用する場合のストレッチング平面。この平面内の該当色がストレッチされる。
  3. Symmtr
    対象の色に対してシンメトリック(Symmtr)を適用する場合のシンメトリック対称平面。領域中央を通るこの平面に対して対称な物体が構築される。
  4. Invers
    対象の色に対してインバース(Invers)を適用するか否か。

読み込まれた画像の方向の確認方法

左ドラッグ操作を表示されているシミュレーション領域内で行うことで、3次元空間に読み込み中の画像が描画され、画像のシミュレーション領域内での方向を確認することができます。

マウスのドラッグ操作による画像の3次元空間配置表示

4.境界条件確認・CADモデル編集画面

上記2節により全ての境界条件設定用画像ファイルが読み込まれた後、必要に応じてCADモデル(bc.stl)の読み込みが始まります。

読み込まれたCADモデルは、一旦Flowsquare+の規定パラメータ値やparam.txtのパラメータ値に基づき構築・表示されますが、以下のようにCADモデルの座標や向き、大きさなどを適宜変更することも可能です。

CADモデル編集画面
SHIFT+ドラッグでCADモデルの平行移動

マウス操作の説明

以下のマウス操作でシミュレーション領域の表示を調整することが可能です。

  1. 左ドラッグ:シミュレーション領域の回転
  2. 右ドラッグ:シミュレーション領域の平行移動
  3. スクロール:シミュレーション領域の拡大縮小

CADモデル平行移動の手順

CADモデルの平行移動は以下の手順で行います。以下の手順により変更されるCADモデル位置は、予めparam.txt内のパラメータでも設定可能です。また、本変更は全てparam.txt内の当該パラメータ値に反映されます。

  1. 領域中心に位置する大きな矢印物体のうち、CADモデル移動方向の矢印にカーソルを合わせる。
  2. カーソルを合わせた矢印物体が、ピンク色で表示されると、SHIFTキーを押しながら、CADモデルを動かす方向へ左ドラッグする。

STLモデル編集画面内のボタン

以下のボタンにより選択されるCADモデル構築に関する情報は、予めparam.txt内のパラメータでも設定可能です。また、本画面での変更は全てparam.txt内の当該パラメータ値に反映されます。

  • STLファイルから構成されるCADモデルを計算領域中心部へ移動する。
  • STLファイルから構成されるCADモデルをX軸方向に90度回転。
  • STLファイルから構成されるCADモデルをY軸方向に90度回転。
  • STLファイルから構成されるCADモデルをZ軸方向に90度回転。
  • 選択ボタン:STLファイル内の座標単位の選択(m, cm, mm, inch, feet)

5.シミュレーション・解析画面

シミュレーション画面では、シミュレーションに関するパラメータ、現在表示中の物理量に関するパラメータなど様々な情報が表示されます。

シミュレーション画面

以下のマウス操作でシミュレーション領域の表示を調整することが可能です。

マウス操作の説明

  1. 左ドラッグ:シミュレーション領域の回転
  2. 右ドラッグ:シミュレーション領域の平行移動
  3. スクロール:シミュレーション領域の拡大縮小

上記画像内の各番号付き項目の説明

  1. ツール・メニュー
  2. 画面キャプチャ・ボタン
  3. プロジェクト名
  4. 実行モード
    シミュレーション・モード(Simulation Mode)、又は解析モード(Analysis Mode)。
  5. プロジェクトのタイプ
    新規のプロジェクト(New Project)、又は既存のプロジェクト(Existing Project)。
  6. 時間ステップ幅
  7. 現在の最大CFL数
  8. 直近20タイムステップ数におけるで平均した1タイムステップ当たりの計算時間(ミリ秒)。
  9. 平均計算時間に基づくシミュレーション終了までの推定残り時間。
  10. ライセンス情報
  11. 表示物理量のカラーバー及び最小値、中間値、最大値
  12. 表示物理量の名前
    • RHO (kg/m^3)
      流体密度 (kg/m^3)。
    • U (m/s)
      x方向速度成分 (m/s)。
    • V (m/s)
      y方向速度成分 (m/s)。
    • W (m/s)
      z方向速度成分 (m/s)(3次元シミュレーションのみ)。
    • |U| (m/s)
      速度の絶対値 (m/s)。
    • T (K)
      温度 (K)(熱流体シミュレーションモードのみ)。
    • MASSFR
      化学種や汚染物質、匂いなどの相対濃度分布(質量分率)
    • P - P0 (Pa)
      圧力から初期圧力(presW)を減算したもの。
  13. 現在の1ステップ当たりの計算時間(ミリ秒)
    流体計算に係る計算時間+描画に係る時間(1ステップ当たり)。
  14. 並列計算における並列数
  15. 現在の物理時間(秒)
    シミュレーション開始を0秒とし、時間ステップ幅×時間ステップ数から算出される時刻。
  16. 現在の時間ステップ
  17. ポアソン方程式に関する収束までの繰り返し計算数
  18. ポアソン方程式収束後の相対誤差(初期圧力に対する平均誤差)

解析モード時のボタン操作

  • 既に出力されている前のタイムステップのデータの読み込み。
  • 既に出力されている次のタイムステップのデータの読み込み。

6.3次元空間マウス操作

境界条件確認・CADモデル編集画面や、シミュレーション画面、解析画面では、以下のような3次元空間に関するマウス操作を行うことが可能です。
  1. 左ドラッグ
    3次元空間のカメラ角度の変更
  2. 右ドラッグ
    3次元空間のカメラ焦点位置の変更
  3. スクロール
    3次元空間内のカメラ焦点距離とカメラ位置の距離の変更

7.ツール・メニュー

シミュレーション画面において、画面左上に表示されるツール・アイコンmenu buttonにマウスカーソルをあてると、以下の画像のようにツール・メニューが表示されます。ツール・メニューに表示されている様々なオプションをシミュレーション中・解析中に選ぶことが可能です。

ここで注意する点として、ボタン操作は、シミュレーションの時間ステップが切り替わるタイミングで検知され、次の時間ステップの描画で反映されます。したがって、計算時間の長いシミュレーションの場合は、少々注意が必要です。

シミュレーション及び解析モードにおけるツール・メニューの表示
ツール・メニュー中のボタンの説明
  • vector 速度ベクトルの表示
  •  非相関速度ベクトルの表示(青色流入速度と相関の小さい速度ベクトルのみの表示)
  •  流線の表示
  •  トレーサー粒子の表示
  •  コンター粒子の表示
  •  XY断面図の表示。SHIFTキーを押しながら、断面図上でマウス・スクロールすることで移動。
  •  YZ断面図の表示。SHIFTキーを押しながら、断面図上でマウス・スクロールすることで移動。
  •  ZX断面図の表示。SHIFTキーを押しながら、断面図上でマウス・スクロールすることで移動。
  •  可視化オブジェクトの物理量に基づくカラーの表示
  •  境界条件の物理量に基づくカラーの表示
  •  CAD(STL)で指定した境界条件の表示
  •  非プリセットカラーで指定した境界条件の表示
  •  黒色プリセットカラーで指定した境界条件の表示
  •  青色プリセットカラーで指定した境界条件の表示
  •  赤色プリセットカラーで指定した境界条件の表示
  •  緑色プリセットカラーで指定した境界条件の表示
  •  座標系軸の表示
  •  計算領域のアウトラインの表示
  •  カメラ・ターゲットの表示
  •  カメラのリセット
  •  3Dライト
  •  ポリゴン・フレームの表示
  •  ゴースト・固体領域表示
  •  最小・最大値にゴースト・固体領域を含むか(既定値:含まない)
  •  ショートカットの説明の表示
  •  一時停止
  •  カラースケールの最小値のマニュアル設定 [2019R3以降]
  •  カラースケールの最大値のマニュアル設定 [2019R3以降]
  •  カラースケールの最小値・最大値の自動設定 [2019R3以降]
  •  密度の表示
  •  Uの表示
  •  Vの表示
  •  Wの表示
  •  速度絶対値の表示
  •  温度の表示
  •  質量分率の表示
  •  圧力の表示
  •  流体力の表示(マウスカーソルを流体力を計算したい物体に合わせる)
  •  スナップショット(画面キャプチャ―)

8.プローブの設置

Flowsquare+では、シミュレーション中に、プローブをシミュレーション領域中の好きな位置へ設置することが可能です。

設置されたプローブでは、シミュレーション中に考慮される全ての物理用の時間計測が行われ、その結果は、プロジェクトフォルダ内の./dumpディレクトリに保存されます。シミュレーションを再スタートする際にも、これらのプローブ位置は引き継がれ、計測も自動的に再開されます。

以下では、ソフトウェア同梱のテストケースを用い、プローブの設置方法について説明します。

1.プローブの設置位置を通る面に、XY、YZ、またはZX断面図を描画する。

『初めての流体シミュレーション』を参考に、ソフトウェア同梱のテストケースのシミュレーションを実施します。シミュレーションが始まったら、ツールメニューのまたはボタンを用い、XY、YZまたはZX断面図を表示します。

プローブを設置したい位置を通るように、表示したXY、YZまたはZX断面図を移動します(断面図は、SHIFTキーを押しながら、断面図上にマウスカーソルを合わせ、マウス・スクロールすることで動かします)。

プローブを設置したい位置を通るXY断面図を表示した例。

2.SHIFTを押しながら、断面図上のプローブ設置位置にてクリック

上記で表示・位置調整した断面図上にて、SHIFTキーを押しながらプローブ設置位置にマウスカーソルを合わせ、クリックします。断面図上のクリックした位置にてプローブが設置され、領域中にで表示されます。

SHIFTを押しながら、断面図上のプローブ設置位置にてクリックし、プローブ(紫色の)の設置。

3.複数のプローブの設置とプローブの消去

上記1及び2を繰り返すことで、最大10個までのプローブを設置することができます。

また、SHIFTキーを押しながら、右クリックすることで、新しいプローブから順に消去されます。

4.プローブ計測結果ファイル

プローブは、設置した順に0~9までの番号が割り振られ、プロジェクト・フォルダ内の./dumpディレクトリに保存されます。ファイル名は、割り振られたプローブの番号付きで命名されます。また、各プローブには、以下の情報が、各計測時刻(初期設定では10時間ステップに1度の計測頻度)に保存されます。

  1. ts、タイムステップ
  2. time(s)、時刻
  3. x, y, z(m)、プローブ位置
  4. rho(kg/m^3)、密度
  5. U(m/s)、X方向速度成分
  6. V(m/s)、Y方向速度成分
  7. W(m/s)、Z方向速度成分
  8. T(K)、温度
  9. massfr、質量分率
  10. dP(Pa)、圧力変化(P-presW)

上記で設置したプローブの出力ファイル(例:probe_000_ascii.dat)を表計算ソフト(例:Excel)で開き、以下のような、時間変化のグラフを書くことも可能です。

プローブにて計測されたV(Y方向速度成分)の時系列変化。