無料で使えて手軽な流体シミュレーション・ソフトウェア
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Flowsquare+ 風洞
1．はじめに
Flowsquare+を用いると、比較的大きなスケールを有する風洞実験を数値的に実施可能です。本チュートリアルでは、基本となる風洞設備をFlowsquare+を用いて構築し、風洞内に計測対象の3次元モデルを設けることで、流れ場の可視化を実施します。
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。
入力ファイル
また、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3分程度の計算速度です。
2．計算対象
本チュートリアルでは、以下の図に示されるような、四方を壁で囲まれた風洞内に、図中矢印の向きに流体を流し、風洞内に設置した2次元的な翼周りの流れのシミュレーションを行います。本入力ファイルを用いると、プリセット境界条件を利用する必要はありません（プリセット境界条件を上手く活用すると、入力ファイルの数を減らすことができます）。
3．境界条件作成
3次元モデル作成における基本的な構築ルールは、こちらのページをご覧ください。本シミュレーションにおいては、①風洞の壁（プリセット黒）、②入口流入境界条件（プリセット青色）、③翼（紫色）の3つの構成部品を別々の色を用いて指定します。これらの構成部品は、(a) 2次元断面を持つ3次元形状のモデル構築ルールのみを用いて構築されます。
各画像のピクセル数に関して、厳密に計算領域サイズの縦横比に比例させる必要はありません（ソフトウェアで補間処理を行うため）。しかし、基本的には、ある程度サイズの縦横比を反映させるほうが、画像作成上便利です。本ケースでは、物理長さ1mを800ピクセルで描画するという風に、各自ルールを設けると良いでしょう。
4．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。
- cmode
0の流体解析モード（密度一定の液体、及び気体用）
- lx
風洞のx方向サイズは3m。
- ly
風洞のy方向サイズは1m。
- lz
風洞のz方向サイズは1m。
- nx、ny、nz
格子点数は、各自必要な空間解像度を考慮して決定します。本チュートリアルでは、(nx, ny, nz) = (80, 80, 40)とし、各方向で異なる格子点間隔を用いています。これは、①x方向及びy方向の流速の空間的な変化がz方向に比べて大きいと予測されるため、②翼のy方向厚みが極端に小さく、限られた計算時間の中でこれを十分解像する必要があるためです。
各方向の格子点数を変化させ、計算時間や得られる解などを比較してみてください。可能であれば、より高い空間解像度（多い格子点数）でのシミュレーションを実施してみてください。
- rhoW
流体密度は、常温常圧の空気の値（1.2 kg/m^3）を使用。
- uinB
プリセット・カラーの青色で指定した流入流速は、20m/s。
5．シミュレーションの実行、解析及び考察
上記のリンクらかダウンロード可能な入力ファイルを用いて、シミュレーションを開始します。以下に、本シミュレーションから得られる典型的な可視化結果や、翼に働く揚力や抵抗などの流体力を示します。流体力の計算には、ツールメニューの
を用います。
