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計算流体解析ソフトウェア
FlowVision HPC (ベルギーCapvidia社)



                                      FlowVisionによる解析例(潜水艦の浮上)



FlowVision HPCの特長

FlowVision HPCは著名な計算流体力学ソフトウェアと同一ランクに位置づけられるハイエンドの汎用計算流体力学ソフトウェアですが、幾つかのユニークな特長を持っています。ここではこれらの特長について記述します。

(特長その1) 格子を瞬時に生成

FlowVision HPCではCADシステムから形状をインポートして直交適合格子で格子生成します。物体近傍ではサブ格子形状分解(Sub Grid Geometry Resolusion:SGGR)法が適用されて、物体表面を直交セルが自然に切り取ります。この結果、複雑な曲面境界でも簡略化されることなく、格子が瞬時に生成されます。又、これにより必要とされる格子数は大幅に削減されます。

     直交適合格子                                SGGR境界セル

 複雑な形状フィーチャーに対しては更に局所格子適応が対応します。物体境界近傍の格子精緻化のレベルを予め設定しておくことで形状に沿った格子が生成されます(下図を参照ください)。この局所格子適応は形状のみならず、解に対しても適用されます。

これらのサブ格子形状分解法や局所格子適応は完全自動化されていますので、操作に際して意識する必要がありません。結果として格子生成は非常に短時間で実行されます。

     局所格子適応


(特長その2)ひとつの手法で全マッハ数対応

FlowVision HPCでは全ての領域で同じアルゴリズムが適用されます。これによりMach=0 (非圧縮性ガス)の領域とMach>>1 (超音速流また極超音速流)の領域が同じ計算領域に存在可能です。

下図はストリーム・イジェクターの流れを解析した例です。左の低速領域と中央の亜音速及び超音速の領域が同時に解析されています。

 

(特長その3) 進化したVOF法

VOF(Volume Of Fluid)法は流体によるセルの占有割合により自由表面を表現する手法です。VOF=1はセルが流体1のみを含むことを意味します。VOF=0はセルが流体2のみを含むことです。0<VOF<1は流体1と流体2の間にインターフェースを持つことを表し、自由表面セルと呼ばれます。FlowVision HPCは前述のSGGR法を自由表面セルに適用することでより高精度のVOF法に進化させました。

以下の図はFlowVision HPCを船の流体解析に適用した事例です。流体抵抗を高精度でシミュレーションしています。



(特長その4) 移動体

FlowVision HPCでは移動体と前述の自由表面を同時にモデル化します。移動体の自由度は6自由度で、移動体の数に制限はありません。移動体のモーションはユーザにより定義されて、平行移動、回転速度、ボディ運動を規定する力などで指定されます。移動体シミュレーションは高精度・高速のEuler法が採用されており、衝突現象も問題ありません。

下図は水上飛行機のシミュレーションに適用した事例です。移動体としての水上飛行機と自由表面の波浪が同時に解析されています。



(特長その5) 流体構造相互作用

FlowVision HPCは、自身の有限体積法格子とABAQUSの有限要素を自動マッチングして、ダイレクト結合で流体構造相互作用を解析します。中間構造や3rdパーティのツールは使用されません。前述のSGGR法が流体と固体セル間の自然なインターフェースを提供します。有限要素の外部フェースに作用する力は、異なる流体セルがこの外部フェースに作用する力の合計になります(下図を参照ください)。

下の図は自動車用タイヤのハイドロプレーン現象をシミュレーションした事例です。道路上の流体をFlowVision HPCがモデル化し、タイヤ構造をABAQUSがモデル化しています。タイヤと流体の接触面では流体セルが次第に押しつぶされて行きますが、このような現象があっても問題なく解析できます。



(特長その6)クリアランス・モデル

狭い隙間が頻繁に流れ領域に存在する場合、それらの格子分解のために計算コストは膨大なものになります。FlowVision HPCでは特殊なクリアランス・モデルを導入することで、粗い格子で隙間流れを解析します。

下図はスクリュー・コンプレッサーに適用した事例で、全体の大きさが約30cmに対してローターとハウジングの隙間は約1ミクロンです。FlowVision HPCでは自動的に隙間が認識されて、隙間を越えるひとつのクリアランス・モデルが適用されます。左側の分布図は従来手法による解析結果で、右側の分布図がクリアランス・モデルによる解析結果です。



(特長その7) 並列計算

FlowVision HPCは並列ソルバー対応です。マルチコア・マルチプロセッサー・ノードで構成されたワークステーションやクラスター上で動作します。共有メモリー、分散メモリー及び両者の複合メモリーを持つ並列コンピューターで効果が発揮されます。複雑なシミュレーションも週単位から日単位にスピードアップされます。



(特長その8) カスタマイズが容易

FlowVision HPCはオブジェクト指向C++でプログラミングされているため、カスタマイズが簡単です。新しい物理モデルのインプリメントや新しいグラフィックツールの導入も容易にできます。又、プロジェクトを簡単に生成するためのカスタマイズ・テンプレート(プラグイン)が用意されています。下図は前述のスクリュー・コンプレッサーのプラグインの事例で、入力エラーを起こすことなく簡単にシミュレーション・パラメータを設定できます。

<開発元>
Capvidia社(ベルギー)

http://www.capvidia.com (全般)
http://www.fv-tech.com  (FlowVision関係)


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