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まとめ
エンジニアは数値流体力学 (CFD) 解析を使用して、さまざまなアプリケーションにおける流体の流れと熱伝達解析を研究および最適化します。 ANSYS Discovery は、エンジニアが CFD モデルを簡単に設定して解決できるようにするユーザーフレンドリーなソフトウェア プラットフォームであり、設計変更を通知する機能も備えています。
このブログ投稿では、製品開発の初期段階での時間を節約できる、エンジニアリング設計に Ansys Discovery で CFD 解析を使用する利点に焦点を当てます。 ANSYS Discovery の Explore モードと Refine モードを使用して CFD シミュレーションを実行するとともに、流体および熱解析用のモデルを設定するプロセスの詳細なウォークスルーを提供します。 また、これらのモード間の類似点と相違点を強調しながら、メッシュ改良プロセスについても説明します。 さらに、Refine モードでの ANSYS Discovery の機能を ANSYS Fluent の機能と比較します。 次に、ANSYS Discovery でパラメトリック スタディを設定して使用する方法を検討します。 最後に、流体ドメインとそれを取り囲む固体壁の共役伝熱解析について詳しく説明します。 各セクションには、明確な例を提供し、説明する概念を説明するビデオが付属しています。
1. ANSYS Discovery CFD モデルの構成
このセクションでは、ANSYS Discovery のモデル モードでの CFD モデルのセットアップについて説明します。 まず、事前に構築されたサンプルを選択し、ニーズに合わせてジオメトリを変更します。 その後、ジオメトリにエラーや欠陥がないか検査し、Discovery Design ツールを使用して必要な修復を行い、ソリッド モデルからボリュームを抽出して流体領域を定義します。 次に、入口と出口の速度、温度、圧力などの境界条件を指定し、流体材料の選択、流体特性、初期温度などの指定によって問題の物理特性を設定します。
2. ANSYS Discovery: ExploreモードでのCFDモデルの解決
ANSYS Discovery では、CFD モデルを解決するために、Explore と Refine という 2 つのモードを使用できます。 探索モードでは、初期の解決策を迅速に取得し、フローの動作を全体的に理解し、潜在的な問題や改善の余地がある領域を特定できます。
CFD モデルを実行し、基本的な後処理タスクを実行し、等高線プロット、ベクトル アニメーション、および流線を生成してドメイン内の流れパターン、速度分布、温度勾配を視覚化する方法を示します。 これにより、流れの挙動を洞察し、混合、再循環、または熱伝達が高い領域を特定できるようになります。
3. 探索モードでのメッシュのリファインメント
Explore モードでの初期解の精度を高めるために、ジオメトリの離散化と CFD 方程式の解決に使用されるメッシュを改良できます。 改良のレベルは、必要な精度と利用可能な計算リソースによって異なります。
このモデルでは、グローバル フィデリティやサイズ プレビューなどのいくつかのメッシュ機能を使用して、ドメイン全体のメッシュ品質を向上させます。 私たちは、メッシュ密度と要素サイズが熱水と冷水の混合やドメイン内の最大速度と温度の決定などの結果にどのような影響を与えるかを理解するためにメッシュ スタディを実施しました。
4. CFD モデルの改善: リファイン モード
5. パラメトリック調査と設計変更
ANSYS Discovery の Explore モードを使用すると、CFD モデルについて情報に基づいた設計上の決定を行うのに役立つ、迅速かつ直感的なソリューションが提供されます。 さらに、Explore モードを使用して、入力パラメーターを変更し、その影響を検査することで感度分析を実行できます。 これにより、設計を最適化し、流体の流れと熱伝達の挙動に影響を与える重要なパラメーターを特定することができます。
パラメトリック スタディを使用して、改善すべき領域を特定し、設計を変更して CFD モデルのパフォーマンスを最適化できます。 パラメトリック スタディでは、CFD モデルの主要なパラメーターとして、流速や温度、モデルの幾何学的特徴などの境界条件を調整します。 これらの一連のパラメーターを使用してテスト ケースを構築し、CFD モデルでの混合プロセスの改善を確認します。 ANSYS Fluent および CFX 内ではジオメトリの変更は不可能であるため、変更を行うには SpaceClaim などの別の CAD モデラー ツールが必要であることに注意することが重要です。 次に、モデルを ANSYS CFD ソルバーに返して、新しいモデルを設定して解決します。 ただし、ANSYS Discovery を使用すると、問題のジオメトリと物理学に対するすべての変更をプログラム内で一緒に行うことができるため、これは大きな利点です。 プログラムを終了する必要はなく、すべてが Discovery 内で統合および開発されます。
解析から洞察が得られたら、ジオメトリを変更したり、境界条件を調整したり、システム コンポーネントを最適化して、望ましいパフォーマンス目標を達成したりできます。 この反復プロセスにより、設計を微調整し、最適な結果を達成することができます。
6. 共役熱伝達解析
最後のセクションでは、共役熱伝達解析によって流体領域と周囲の固体における熱伝達を調べます。 流体ドメインにすでに割り当てられている流体条件と熱条件に加えて、エルボ壁の熱境界条件も含めます。 まず熱流条件を固体に適用し、Ansys Discovery で共役熱伝達を行うためのセットアップを説明し、次にモデルを解いて Explore モードで結果を表示します。 次に、Discovery 解析に組み込まれたモニターを利用して、固体に新しい材料と新しい熱条件を導入した場合の影響を研究します。 壁の材質を銅合金に変更し、その後断熱材を追加して、これらの変更が結果にどのような影響を与えるかを観察します。 このパートの締めくくりとして、Ansys Discovery での共役熱伝達解析の包括的な探索を提供するために、Refine モードでのモデルのセットアップと解析を紹介します。
ANSYS Discovery の力を活用することで、設計プロセスを変革する可能性を解き放ち、効率的で信頼性が高いだけでなく、真に革新的な流体および熱製品を作成できます。
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