1.計算対象

Flowsquare+は、主に3次元流体解析を目的としたシミュレーションソフトですが、従来のFlowsquare同様に流体場に2次元流体の仮定を適用することで、様々な2次元流体シミュレーションも実施可能です。

本チュートリアルでは、2次元的な自動車周りの流れ場のシミュレーションを実施します。ここで紹介するシミュレーション実行に必要な全ての入力ファイルは、以下からダウンロードできます。

本シミュレーションは、一般的なIntel COREi7搭載のノートパソコン上で、最大並列数(parallel)を用いて、1000ステップ5~10分程度の計算速度です(ただし描画時間を除く)。計算時間は、ページ下の画像のように遷移します。

本シミュレーションで用いる境界条件定義用ビットマップファイル(bcXY0.bmp)を以下にしまします。流体は計算領域左から右へ向かって流入しますが、同じ速度で地面及び地面から十分離れた上方の計算領域境界も車と相対的に右向きの速度を有するような境界条件を設定します。

本シミュレーションで用いる境界条件定義用ビットマップファイル(bcXY0.bmp)。
本シミュレーションで用いる境界条件定義用ビットマップファイル(bcXY0.bmp)。

2.計算パラメータの設定

以下は、本シミュレーションにおいて特に大事なパラメータについての説明です。一般的な計算パラメータの説明は、こちらをご覧ください。

  1. cmode

    0の流体解析モード(密度一定の液体、及び気体用)

  2. lx

    領域のX方向サイズは9.0m。

  3. ly

    領域のY方向サイズは4.5m。

  4. nx、ny、nz

    格子点数は、空間解像度を考慮して決定します。(nx, ny, nz) = (512,256, 1)とし、各方向で同じ格子点間隔を用いています。

    余裕があれば、空間解像度(格子点数)を変更してシミュレーションを実施し、格子点数がどのように計算時間や解に影響を与えるか見てみるとよいでしょう。

  5. loopmax

    今回のシミュレーションでは、収束計算の許容誤差(peps)を実現するために、最大収束計算試行回数loopmaxを10000と設定しました。

  6. cfl

    今回のシミュレーションでは、より安定的に時間前進を実施するために、cflとして規定値より小さい0.1と設定しています。

  7. rhoW

    流体密度は、常温常圧の空気の値(1.2 kg/m^3)を使用。

  8. uinB

    プリセット・カラーの青色で指定した流入流速は、20m/s (時速72km/h)。

3.シミュレーションの実行

上記リンクでダウンロードできる入力ファイルを用い、シミュレーションを開始します。シミュレーションまでの具体的な操作の流れは、こちらをご覧ください。

【注意点】

現行バージョン(2019R1.1)又はそれ以前を用いた2次元シミュレーションでは、計算時間に比べ、各時間ステップの結果描画時間が非常に大きくなる場合がございます。これは今後改善される予定ですが、シミュレーション時間を短縮する方法として、シミュレーション中に一切の描画を行わないという方法が効果的です(結果の可視化は、シミュレーション後に解析モードにおいて実施)。

具体的には、本ケースの場合、色コンターとして、計算に用いられない密度や温度を選択し、流速ベクトルvectorを非表示、また、壁面を非表示とすると、一切の描画をオフにすることが可能です。

毎ステップの計算及び描画に掛かる時間の確認方法は、こちらをご覧ください。

シミュレーション開始後1000ステップにおける計算時間の遷移。
シミュレーション開始後1000ステップにおける計算時間の遷移。

以下の画像は、シミュレーション後に解析モードで読み込み表示された流速ベクトルの瞬時場を示しています。

流速分布(色は速度の絶対値)及び速度ベクトル。