ソフトウェア製品・サービス

XFlow メッシュレスの流体解析

従来手法の制約を越える最先端のCFDソリューション
 

空気や水などの流体との相互作用が製品特性に大きく関わる、航空宇宙、自動車、エネルギー、電気電子、産業機械などの製品開発では、高価で時間のかかる試作実験による性能検証に代えて、開発初期段階から流体解析を活用して設計を最適化することが広く行われています。製品機能がより複雑化し、安全性の要求もさらに高度になっていく中で、流体解析ではより複雑で大規模な計算への対応が求められています。
SIMULIA XFlowは、高精度の計算流体力学(CFD)のための独自の粒子ベースの格子ボルツマン技術を提供します。この最先端技術は、高周波過渡空力、実際に移動する形状、複雑な多相流、流体構造の相互作用、航空音響などの、複雑なCFD問題の解決に有効に活用することができます。

XFlowの特徴
 CFDの未来形 
高性能の動力学ソルバー、効率の良い高速なラージエディシミュレーション(Large-Eddy Simulation : LES)計算

 シンプルで使い易い統一されたユーザインタフェース 

ユーザの手間と時間を節約する、容易なセットアップとポストプロセシングの操作

 解析モデル化の手間を省いた高い生産性 

従来のメッシュ生成プロセスを不要にする、粒子法ベースの流体解析
 
 オープンな連携環境 
幅広い外部システムとの連携が可能なアーキテクチャー

 フレキシブルでスケーラブルな解析 
ワークステーションから大規模クラスターまで、ユーザのシステム環境に柔軟に適合

 マルチフィジックスのために開発されたソフトウェア 
 容易に手軽に実現する、流体と構造のインテグレーション

テクノロジー

XFlowは、独自の最新の格子ボルツマン法を用いたのCFDソフトウエアです。特に、非定常の空力、自由表面、流体構造連成などの、高精度な流体解析を必要とする企業向けに設計されています。
XFlowのCFDアプローチは、解析に必要な作業をシンプルにします。パラメータ設定を最小化し、そして従来の多大なメッシュ生成作業から技術者を解放します。

XFlowにより、複雑なモデルの解析が、身近で簡単に実行できるものになります。

非平衡統計力学にて、ボルツマン方程式はメゾスコピック(中間)スケールでモデル化された気体の振る舞いを表します。ボルツマン方程式は、流体力学の全体を再現することができるだけでなく、航空宇宙、微小流体技術(マイクロフルイディクス)、さらには真空状態に近い希薄媒体をもモデル化することができます。
標準的な複数緩和時間モデル(Multiple-relaxation-time, MRT) とは対照的に、XFlowでは散乱演算子が中心モーメント空間に実装されているため、ガリレオの不変性、コードの正確性、安定性が向上します。

XFlowは、標準的なハードウエア環境で高速に計算することができる、全く新しい粒子法ベースの動力学アルゴリズムを備えています。
XFlowの離散化アプローチでは、従来のメッシング作業が不要となり、もはや形状の複雑さは制約にはなりません。ユーザーは簡単な設定をするだけで格子生成の詳細レベルを容易にコントロールすることができ、格子生成の入力に用いるCAD形状モデルに高い品質が求められることもなく、移動固体モデルの形状変化にも柔軟に対応することができます。

 


 

XFlowでは、解適合格子手法(Adoptive wake refinement)を用い、ユーザ要求に応じた格子分割を自動的に実行します。壁近傍や、流れの発達に伴う変化勾配の緩急に対応し、ダイナミックに制御された分割密度が自動的に設定されます。

XFlowは、高性能の壁面ラージエディーシミュレーション(Wall-Modeled Large Eddy Simulation,WMLES )を乱流モデルに適用します。

この最先端のLESは、WALE (Wall-Adapting Local Eddy) の粘性モデルを基礎とし、局所的な渦粘性と壁近傍の流れ状態を一貫して表現します。計算効率も高く、多くのコードが提供するレイノルズ平均モデル(Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations, RANS)と同等のCPU時間で解析を実行します。

共有メモリー並列(SMP)パフォーマンス
高速で効率的な計算を行うXFlowは、標準的なデスクトップPCでも利用能です。 XFlowは、マルチコアテクノロジ向けに完全に並列化され、ほぼ線形のスケーラビリティを発揮します。
 
分散メモリ並列(DMP)パフォーマンス
XFlowは、HPC環境に完全に統合されており、最も要求の厳しい計算にも対応することができます。 XFlowの分散型ソルバーは、多数のノードに対しても効率的に稼動します。
 

 

  • 単相流モデル 自由表面流モデル
  • 多相流モデル:粒子ベースの追跡、フェーズフィールドおよびVoF
  • 音響分析
  • 熱分析
  • 共役熱伝達(CHT)境界条件
  • 放射線モンテカルロモデル
  • スカラー輸送
  • 離散位相モデル(DPM)
  • 非ニュートン流れ
  • 多孔質体や扇形モデルを含む高度な境界条件
  • 強制動作を伴う部品の移動
  • 6自由度までの剛体力学を持つ可動部品
  • Abaqus、Simpack、FMUとの、流体 - 構造連繋解析(FSI)
  • Wave6との振動音響解析


適用分野

外部流れ エアロダイナミクス
​​XFlowでは、本格的な空力性能評価を実施する仮想風洞モジュールが標準で用意されています。回転ホイール、可動部品を含む複雑な形状に作用する空気抵抗力を計算することができ、車両の追い越し挙動やサスペンション機構の動解析モデルとの連成解析も可能です。
分散相モデル (Discrete Phase Model)
XFlowでは、連続相における輸送方程式の解析に加えて、ラグランジュ 理論に基づく分散相の解析を実施することができます。この分散相モデルは、連続相の中に分散する粒子(水滴、氷粒、ほこり、泡など)の挙動を考慮した、コロイド流や泥跳ねの問題への適用が可能です。
流体音響
​​XFlowでは、ファン機構で生じる放射音の解析を行うことができます。製品開発段階で形状変更による影響を短期間で予測し、騒音低減対策の効果を評価することができます。XFlowの時刻暦の騒音解析は、エアロダイナミクスと音圧伝播を同時に計算します。
HVAC
XFlowの熱ソルバーは、車室内の暖房、換気、空調システムの性能評価に適用することができます。ファンの効果は、回転する部品モデル、もしくは入り口面の境界条件で表現します。車室内の空気流れ、各場所の温度、濃度などの物質の移流を解析することができます。
自由表面
XFlowは、燃料タンクへの給油、タンク内スロッシング、水が溜まった路面の水跳ね、冠水路走行などの流体の自由表面問題を解析することができます。 ​
熱冷却
XFlowの熱解析は輻射モデルを含み、車両のエンジンルームやアンダーフロアの熱流束と温度をエアロダイナミクスとのカップリンク解析で計算することができます。

移動部品
XFlowでは移動する部品を含む解析を簡単に実施することができます。ランディングギアの展開、フラップの格納、回転翼などの機構部品の動作を伴う解析が可能です。
飛行操縦性
ピッチキャプチャやダッチロールなどの飛行操縦性の問題は、従来のCFDでは信頼性が高い結果を得ることが難しく、これまで多くの風洞実験や飛行実験を必要としていました。XFlowでは、これらの現象を高精度で予測することができます。
HVAC
XFlowの熱ソルバーは、車室内の暖房、換気、空調システムの性能評価に適用することができます。ファンの効果は、回転する部品モデル、もしくは入り口面の境界条件で表現します。車室内の空気流れ、各場所の温度、濃度などの物質の移流を解析することができます。
遷音速・超音速流れ
XFlowは、遷音速、超音速の幅広いマッハ数の非定常流れの解析が可能です。衝撃波や圧縮性の高い流れも解析することができます。
流体自由表面
XFlowは、タンク内スロッシングや着水のような流体自由表面の問題を効率良くモデル化し、高精度で解析することができます。
高揚力装置
XFlowは、航空機翼の線形領域から失速領域までの空力特性を解析することができ、離陸、着陸の姿勢の計算も可能です。優れた空間離散化手法により、航空機の詳細な形状を解析で評価することができます。

水力学
XFlowでは、自由表面解析用の仮想水槽モジュールが標準機能として提供されます。 船体周辺の流れを解析し、抵抗力、耐航性能、船体荷重、および水面、水中の後方渦を予測することができます。
移動部品
XFlowでは、潜水艦のプロペラのように外力や強制運動などにより動作を伴う部品の解析が可能です。ブレードに作用する圧力や荷重、流速分布、モーメント、プロペラ推進力、あるいは後方に生成される渦を予測することができます。
スロッシング
タンク内の液体が動くことで発生するタンク構造への動荷重は、船舶の安全上重要な問題です。XFlowは飛散する水滴を含む液体挙動を再現し、スロッシングによる衝撃荷重を予測することが可能です。表形式データなどを用いて任意の強制運動を与えることができます。
XFlowでは、海の幅広い条件を解析するため、線形波やストークス波を実装することで進行波の境界条件設定を可能としています。多孔質モデルを砂浜のモデル化や波の散逸研究に適用することができます。さらに、浮揚体の6自由度剛体運動の解析も可能です。

エアロダイナミクス
XFlowの仮想風洞モジュールでは、流入口の乱流強度や風プロファイルの設定が可能で、本格的な空力解析を実施することができます。XFlowのシミュレーション機能を用い、建物、橋梁その他建築構造物への風荷重評価、構造物周辺の空気流れの分析や、汚染物質の輸送状態の解析を行うことができます。 
自由表面
XFlowが提供する自由表面ソルバーの機能を用いて、液体との相互作用により生じる構造物に対する荷重を予測することができます。

適用例
海洋構造物、港湾、水中パイプライン
ダムの放水、崩落
地上、地下施設への浸水​
室内快適性
XFlowの熱ソルバーにより、建物内の暖房、換気、空調機器の解析に利用することができます。所定位置の解析結果の観測が容易で、快適な温度状態を実現するためのHVAC機器の配置を、XFlowを用いて最適化することができます。
屋根構造
XFlowは、スタジアムや大型建築物の屋根構造に作用する荷重の解析に幅広く利用することができます。XFlow を用いて平均圧力分布や過渡的な最大、最小ピーク値を求めることができます。

風力タービンのエアロダイナミクス
XFlowの仮想風洞モジュールにより、風力タービンの非定常エアロダイナミクスを簡単に解析することが可能です。風の作用で生じるトルクによってローターを回転させたり、あるいは強制回転を与えることもできます。XFlowの解析により、タービン効率の評価や、ブレード荷重の予測、後方乱気流強度、風力タービン間の干渉効果を予測することが可能です。
自由表面
XFlowでは、マルチボディダイナミクスと連成した自由表面の解析が可能です。たとえば、波力発電設備の解析では、個々の剛体の自由移動や、剛体間の仮想ジョイントや実際の形状同士の接触による拘束条件を扱うことができます。
自然対流
XFlowの熱ソルバーでは、ソーラータワーのようなエネルギー変換設備の解析で、自然対流や強制対流による空気の流れを再現することが可能です。この適用例では太陽光で加熱されたコレクタ内空気の自然対流が発生し、タワーを上昇する空気の流れでタービンを動かして発電する挙動がシミュレートされています。
ソーラー発電
パラボラ集光器に作用する荷重を容易に解析することができます。XFlow は平均圧力分布や過渡的な最大、最小ピーク値を提供します。

製造ロボット
XFlowは 、生産工場における産業用機械装置や生産ロボットのような、動きのある装置の周辺の流れを解析することができます。実際の動作を表現する、各部位の動きを設定することができます。分散相モデル(Disperse Phase Model)を用い、ダスト粒子の軌跡を追跡することもできます。​
攪拌
XFlowは、化学工場や水処理プラントの攪拌機、混合機の解析に使用することができます。単相流、及び表面張力を含む非混和性流体の二相流を解析します。攪拌子は回転部品としてモデル化することができます。
非ニュートン流
歯磨きペースト、溶融樹脂、化学物質などの高粘性の非ニュートン流体は多くの産業分野で利用されています。XFlowの解析では、各種の複雑なレオロジー特性の粘性モデル(Newtonian, Sutherland, Cross, Herschel-Bulkley, Power Law, Carreau)を扱うことができ、 さらにユーザー定義関数を適用することができます。
スプレープロセス​
XFlowの自由表面アプローチは、推進システムや燃焼などの様々な産業でのスプレープロセスのモデリングで、洞察力のある検討を可能にします。
スポーツ


様々なスポーツで、エアロダイナミクスは重要な役割を担っています。 XFlowにより、飛行するボール周辺の流れ、 ボールに作用する抵抗力、揚力、サイドフォース の解析ができます。
ユーザーが設定した初期の並進速度、回転角速度、周辺空気との相互作用に基づいて、ボールの自由移動やスピンの変化が表現されます。

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