流れのシミュレーション

■ 流れのシミュレーション

　ＣＦＤという言葉を聞いたことはありますよね？
　Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ の頭文字です．
　数値流体力学と訳されます．

　工業界においては，ＣＦＤ＝流体解析という意味で使用されています．
　我々が日常扱う流れは，ほとんどが乱流です．
　したがって，ＣＦＤとは結局，乱流のシミュレーションを意味しています．

　その根本的な手法について，簡単にまとめてみましょう．

　　　DNS ( Direct Numerical Simulation )
　　　　　流体の運動方程式ナビア・ストークス式を直接的に計算する方法．
　　　　　非常に多くのメモリを必要とし，現在のスーパーコンピューター
　　　　　でも簡単な流れ場や Re 数の低い流れ場にしか適用されていない．

　　　LES ( Large Eddy Simulation )
　　　　　DNS 程ではないが，相当なコンピューター資源を必要とする．
　　　　　ナビア・ストークス式の空間的平均化により大きな渦だけを直接計算し
　　　　　小さな渦はモデル式で計算する．

　　　k-ε乱流モデル
　　　　　工業的に最も利用されている方法．ナビア・ストークス式を時間と
　　　　　空間で平均化して，平均量と変動量に分けて計算する．
　　　　　このとき，変動量はモデル化された式を計算する．
　　　　　モデル式の中の未知定数は実験的に決定されている．

　　　　　なお，ｋは乱流エネルギー，εは乱流エネルギーの散逸率を意味している．


　とまぁ，こういうことになります．
　通常，私達は市販されているＣＦＤソフトウェアを使って計算します．

　しかし，ただ使うのではなく，現象と計算にまたがる正しい流体の知識を
　持って使う必要があるでしょう．

　そうしないと，間違った計算をして，間違った計算結果を信用してしまう
　ことになりかねません．

　なお，最近のコンピュータ技術の発達は目覚しく，ＰＣクラスタなどを利用
　すれば，ＬＥＳ計算が日常的に可能な状況になってきました．

　私はと言えば，やはりｋ−εで計算することがほとんどですが，
　限定的で２次元的な流れ場を対象として，ＬＥＳ計算を実験的
　に行っております．

　本来なら２次元のＬＥＳというのもあり得ないんですが，実際のデータと
　検証を進めながら，精度の良い方法を模索しているという状況です．


　今後，空力騒音の解析に向けて記事を進めていきます．