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FLOW-3D What’s New Ver.11.0

GUI Solver

FlowSight^TM

FlowSightは世界有数のEnSight^®ポストプロセッサに基づいた、FLOW-3D に対する先進の可視化ツールです。FlowSightは、シミュレーションデータを解析、可視化および通信するための新鋭の方法をユーザに提供します。

海岸の防波堤のシミュレーション。FlowSightで可視化。

FlowSightの機能：

同時に複数のシミュレーションの解析と比較
ボリュームレンダリング：等値面表示が適用できない詳細を明らかにするためにシミュレーション結果の内部観測を許容
CFD計算機：時間平均、積算値、無次元数、掛算/割算/記数法の値といった新しい変数を定義
流体解析の結果を用いて、流体構造連成(FSI)/熱応力変化(TSE)の結果を同時に表示
フリップブック：フリップブックは大容量の結果に対してフレーム毎の結果を通じて段階的に遅れ無く表示できる、本質的に対話型のアニメーション
アニメーションの時間依存プロット：技術的な背景の異なる顧客へ複雑な解析を伝えることを支援するために複数の時間変化をプロット
ポスト処理の標準イメージおよびアニメーションの高速化と簡便化を実現する設定の保存とリストア
流体および構造の領域に対する対話型の2Dスライス
アニメーションの流線：流線は矢印または円錐で動くアニメーションが可能

データの可視化および高度なポスト処理に対するFlowSightの強力な、さらに多数の例を見るためにはYouTube playlistを参照してください。

ソルバ新機能紹介

メッシュ設定の向上

解のサブドメイン

非構造メモリ割当てによる構造格子上のアドレッシング解配列へのアプローチは、流体の流れ、固体の熱伝達および中子ガス流れのタイプの数値解に対して分割メモリ空間（サブドメイン）を持つように拡張されました。現在、解の変数はそれが必要とされるセルのみにストアされます。計算結果は、メモリ内の解を非常にコンパクト化および効率的な表現（例えば、固体で満たされたセル内に流体変数はストアされず、逆もまた同様）となり、アドレッシングのメモリフットプリントの軽減によるシミュレーション時間の短縮、そして書き出すデータセットの縮小による結果ファイルflsgrfの縮小化を実現しています。この開発機能を利用するための入力はありません。つまり、サブドメインの生成は幾何形状およびモデル選択に基づいて自動的に実行されます。また、解の精度に損失はありません。

適合メッシュブロック

全ての標準メッシュブロックは長方形で定義されてきましたが、適合メッシュブロックは幾何形状に従って形成されます。適合メッシュブロックには2つのタイプ（キャビティ適合と固体コンポーネント適合）があります。キャビティ適合メッシュブロックは、一般的には鋳造に対して通常は型よりも細密メッシュが必要なキャビティに使用されます。最も単純な設定は、全体領域を比較的粗い一つの長方形メッシュとキャビティ周囲に入れ子のキャビティ適合メッシュブロックを持つことです。

防波堤シミュレーションに対する入れ子の適合メッシュ

コンポーネント適合メッシュブロックは、薄い構造物または固体構造物周辺の薄い境界層を解く場合に有益です。メッシュブロックがどのコンポーネントに適合すべきであるかを選択することができます。デフォルトでは、適合メッシュブロックは直方体内の全ての固体コンポーネントに適合します。

形状の境界を覆う適合メッシュブロックの範囲は、オーバラップに対する入力バラメータによって定義されます。デフォルトのオーバラップ範囲は適合メッシュブロック内平均セルサイズの5倍に等しくなります。適合メッシュブロックは、入れ子、連結、部分オーバラップまたは単に独立したメッシュブロックにできます。

左から右に向かって：①重力鋳造に対する2つのメッシュブロックの2D表示、
②ダイカストの充填に対するキャビティ適合メッシュブロックの2D表示、
③スロッシング解析に対する2つのメッシュブロックの2D表示。

部分オーバラップメッシュブロック

純粋に連結または入れ子にするメッシュブロックの制限が向上されています。メッシュブロックは互いに任意の仕方でオーバラップできます。幾つかのブロックに共通する領域内では、流動方程式は「ブロック内の平均セルサイズに基づく」最も分解能の高いメッシュで解かれ、その解は他の全てのブロックで補間されます。ユーザはメッシュブロックランキングを設定することにより、この命令処理を覆すことができます（当面はprepinファイルを編集し、ネームリストの各MESH内で変数MESH_RANKを設定（最高ランクは1）します）。ネームリストMESHの何れかがMESH_RANKの設定を抜かした場合、メッシュブロックランキングは平均セルサイズに基づくデフォルトの処理に戻ります。部分的なオーバラップメッシュブロックは、取扱い難さをより解消してメッシュを生成し、一般にシミュレーションはより少ないメッシュブロックに帰着するでしょう。

入れ子ブロックの外部境界条件

入れ子ブロックの境界が包含ブロックの外部境界と一致する場合、包含ブロックの境界と独立に入れ子ブロック境界で標準の境界条件を定義できます。従来の入れ子ブロックは常に包含ブロックの境界条件を仮定していました。

物理モデル

流砂輸送および侵食のモデル

流砂輸送（洗掘）モデルは、充填床の新たな表現にFAVOR^TM関数を使用するために、そして充填堆積物表面における乱流せん断応力の精度改善および結果の可視化を向上させるため、大幅に書き換えられています。また、流砂の侵食および堆積に対する近似精度は、d50直径に基づく表面粗度を含むように拡張されています。流砂輸送モデルは、浅水流モデルをさらに拡張して大規模スケール沈降作用の問題を3Dと浅水流のハイブリット手法の枠組みに取り込めるようにしています。

ダム下流の流速および洗掘侵食

流砂輸送および侵食モデルの開発ノートを参照>

表面張力モデル

表面張力モデルは新しいものに置き換えられています。新しい表面張力モデルは、解の精度および安定性を向上しました。特に、壁付着力の計算精度は大幅に改善されています。もしも新しいモデルでは不具合となるような場合のために、従来の表面張力モデルはまだ適用可能です。従来の表面表力モデルは、ネームリストXPUT内へIFSFT_OLD=1を追加すると有効になります。

FLOW-3D Ver.11 で更新された表面張力モデルによる結果

k-ω乱流モデル

渦列:Q値の等値面

k-ω乱流モデルは、既存の2方程式モデルであるk-εおよびRNG k-ε乱流モデルを補います。新しいモデルは壁近傍で優れた特性を持っており、流砂の侵食および輸送モデルの精度を向上させます。

k-ω乱流モデルの開発ノートを参照>

スラリー流

粒状流モデルは粒状物/ガス混合の表現から、さらに粒状物/液体またはスラリーの流れを取り扱えるように拡張されています。これは、例えば泥の流れをモデル化する場合に役立ちます。このモデルは、複雑な侵食および複数の流砂種を用いない流砂輸送の簡単なバージョンと見做せます。このモデルは、混合物内の粒状物質を表現するために平均化した粒子特性を使用します。

粒状流

気体中と液体中の粒状流モデル両方の粒状体上に作用する力は、現在では、せん断流れ内の粒子衝突による分散的な圧力を含んでいます。追加の力は、いわゆる摩擦角（モデルの入力パラメータ）の関数です。

浅水流モデル

Ver.11 における改良された浅水流モデル

現在では、浅水流における乱流せん断応力の計算に貯水池の表面粗度が考慮されています。標準の固体コンポーネントに対する粗度は、3D流れモデルと同様の方法で定義します。充填堆積物タイプのコンポーネントに対する粗度は、充填床内の堆積物容量から計算されるd50直径の値に比例します。

バネの減衰

ねじりバネを含むバネ＆ロープモデルに線形減衰が追加され、適用可能領域が大幅に広がりました。特に、バネは自動車や波動エネルギ変換装置のショックアブソーバをモデル化することに使用できます。

粘弾性流体

粘弾性流体に対する応力-歪みの構成式は、Oldroyd-B および Giesekus モデルを含めて選択できるように拡張されました。

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蒸発と一定圧力の気泡

一定圧力の気泡への蒸発モデルは、その他の液体/蒸気の相変化オプションに即してもたらされました。現在では、要求される蒸気の物理特性は全相変化モデルを通して一貫しています。さらに、空気のような非凝縮性ガスを含む気泡をボイド内の蒸気分圧で定義できます。

FSI/TSEモデル

固体と固体の相互作用

FSIコンポーネントは、現在では凝固流体領域とも互いに動的に相互作用可能です。任意の2つの変形オブジェクト間の連成に対して2つの選択があります。オブジェクトが互いに接合しているような完全結合の場合、および2つのオブジェクトが接触表面で滑りかつ分離できる部分結合の場合です。その他の適用では、これはダイカストにおける凝固中の金属と型間の応力成長をモデル化することに、特に有益です。応力および変形は、ダイの異なる部分に対して計算することができ、そしてそれらが空洞を形成するために押すとともに滑ります。

左：A356合金凝固時のフォンミーゼス応力、右：インポートした四面体FEメッシュ

流体-構造連成および熱応力変化モデル内のコンポーネント結合の開発ノート参照＞

四面体の有限要素(FE)メッシュ

FSIおよびTSE両方のソルバは、現在六面体メッシュの代わりに四面体メッシュを使用できます。四面体メッシュは、プリプロセッサ内の内部機能、あるいはサードパーティ製メッシャによって生成されたファイルをインポートするかのどちらかで生成できます。メッシュタイプ（四面体または六面体）の選択は、各FSIコンポーネントおよびTSE領域のそれぞれに対して作成可能です。

メッシュのインポート/エクスポート

四面体および六面体のFEメッシュは、サードパーティ製のメッシュジェネレータでExodus-IIフォーマットのファイルからインポートできます。これは、FLOW-3D のFEA（有限要素解析）シミュレーションで高品質なメッシュの使用手段を提供します。ユーザは、インポートしたメッシュによって覆われる領域がFLOW-3D 内で定義した幾何形状へ一致させることに注意する必要があります。また、FEメッシュは、リスタートデータのエディット間隔で結果と共に（必要の場合は同じExodus-IIフォーマットで）エクスポートできます。これらのファイルは、ポスト処理または他のFEAシミュレーションおよび解析ツールへの結果のインポートに使用できます。

FEAの解の移流

連続鋳造プロセス（残留応力の最小化が設計過程の非常に重要な部分を占める）内の移動凝固相の応力をモデル化できる移流項がTSE方程式に組込まれました。

粒子モデル

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粒子における複数の初期ブロック

粒子の初期ブロックを複数定義できるようになりました。その結果、粒子は異なる位置および異なる特性をシミュレーションの初期条件で与えられます。

粒子の発生源タグ

粒子は何処の初期ブロックあるいは粒子湧き出し源から来たかを示すタグが、それらの発生源に従ってタグ付けされるようになりました。タグは、初期ブロックまたは湧き出し源の番号に対応する整数です。2つの独立したタグのセットが、粒子の初期ブロックおよび湧き出し源に使用されます。

鋳造モデル

中子ガスモデル

中子ガスを解くサブ領域の導入を通じて、中子ガスモデルの精度が向上しました。これは従来バージョンにおける中子ガスコンポーネントの完全閉塞セルだけではなく、部分的に閉塞されたセルも含んでいます。さらに、中子ガスモデルのSMP並列化が施されました。

ダイカストの中子とライナー

中子およびライナーが金型の組立て部品に挿入され、各サイクル後に取り除かれます。これは、特別なタイプのコンポーネントを定義することでモデル化できるようになりました。中子およびライナーの温度は各サイクルの初めにリセットされ、各サイクル後に金型の他の部品とは違って再使用されため、それらの温度の時刻歴が保持されます。

左：砂中子の表面上の中子ガス圧力、右：終了後の金型温度

冷却チャネル

冷却チャネルを定義するために以前使用されていたボイドモデルと完全に分離することによって、冷却チャネルモデルの多機能性が拡張されました。冷却チャネルによって占有されるセルには固体および流体の物質は未だ存在しない状態ですが、それらのセルはボイド領域の計算に含まれません。その結果、レポートされるボイド領域はその問題内の実際の物理的な空間を表現します。さらに、冷却チャネルはボイド領域に接続可能で、未だ冷却チャネルとしての性質と機能は保持されています。最後に、冷却チャネルがSTLファイルを用いて定義されたとき、それらSTLオブジェクトはそれ以外の幾何形状と独立に3Dビューワ内にロードおよび操作（例えば、非表示や透明化）ができます。

全般

時間依存テーブルの入力

メッシュ境界条件、GMOの運動、あるいは質量湧き出し率など全ての時間依存特性に対するテーブル入力は外部ファイルを用いて定義できるようになり、prepinファイルにデータをコピーすることなくシミュレーション中に外部ファイルが読込まれます。入力ファイルprepin内に直接定義される時間ポイント数が500までに制限されるのとは異なり、外部ファイル内の時間ポイント数に制限はありません。これは、シミュレーション中のオブジェクトの過渡変化挙動を非常に詳細に定義することを許容します。外部テーブルを使用した場合のメモリおよびCPU使用上の影響は非常に小さいです。

プローブ制御の終了

時刻、充填率または定常状態の条件に基づく既存のシミュレーション終了条件に加えて、流体あるいはFSIプローブによる解の出力を終了条件に使用できます。例えば、プローブ位置の流体圧力が定義済みの値に達した時にシミュレーションを自動的に終了させることができます。

金型温度

固体コンポーネント内で軽減された熱伝達ソルバ（即ち、熱浸透深さモデルや一定の非一様温度オプション）を使用するときに、アクティブ領域の外側における固体領域内の固体温度が保持されるようになり、ポスト処理およびリスタートに対して使用できます。これは、例えばフル熱伝達ソルバを用いてサーマルダイサイクリングのシミュレーションを実行するときに、あるいは速度に対する軽減ソルバを用いて充填リスタートを実行してから凝固に対するリスタートシミュレーションを実行して再びフル熱伝達ソルバを実行するときに特に有益です。この場合、最初のシミュレーション中に得られた金型温度は、新たにアクティブ化された金型領域の初期条件として最後のものを適用可能です。

コンポーネントの透過率の入力

中子ガス、通気性の型、および多孔質コンポーネントの多孔質特性を定義するために、透過率が直接入力できるようになりました。中子ガスおよび多孔質コンポーネントに対して、非ダルシー型の透過率もまた定義できます（通気性の型のコンポーネントに対しては不可）。また、中子ガスおよび通気性の型に対して砂の粒度を使用する旧オプション、あるいは多孔質コンポーネントに対する抵抗係数は、そのまま残されています。

静水圧のメッシュ境界条件

一様な圧力境界条件から既存の静水圧メッシュ境界条件を識別するために定義する整数のフラグIHPBCT(n)（ここで、n=1～6）が追加されました。静水圧境界条件は、主に流体水位によって特性付けされます。また、静水圧境界条件はx方向およびy方向のメッシュ境界からz方向境界にまで拡張されました。流体水位がZminまたはZmaxの境界に定義される場合、流体率および圧力の一定境界値はそこに従って計算されます。

時間依存のボイドポインタ

ボイドポインタはボイド領域の初期状態のみではなく、圧力（または温度）vs.時間のテーブル定義を使用してシミュレーション中の圧力および温度もまた定義できるようになりました。この機能は、ポインタが含まれる流体周囲のボイドに対する圧力かつ/または温度の時間依存境界条件として効果的に働きます。時間依存ポインタは、流体またはGMOコンポーネントによって覆われたときには非アクティブになり、再びボイドによって覆われるとすぐにアクティブになります。時間依存ボイドポインタは、その部分を囲むボイドの時間依存温度を定義することによって鋳造の熱処理をより容易にモデル化することに使用できます。また、ボイドポインタで指定した圧力vs.時間は、プリンタノズルのシミュレーションにおける蒸気泡の成長を駆動できます。

質量湧き出しと定常状態

質量および質量/運動量湧き出しは、一定流速の流動ソルバIFVELP=1と互換性を持つようになりました。これは質量の湧き出し/吸込みのある完全に過渡的なシミュレーションが最初に実行され、定常状態に達した時点でリスタートシミュレーションが一定速度場で実行される場合に有益です。

新しい入力フラグ

整数フラグが、ユーザの混乱を減らすために、そしてGUIを単純化するために幾つかの既存モデルオプションに追加されました。

新しいフラグIOEPOTM(N)は、コンポーネント番号Nが指定された電位か、あるいは動的に計算された電位を持つかどうかを決定します。
同様に、コンポーネントの熱的な特性に対して断熱コンポーネントか、指定された一様温度のコンポーネントか、動的に変化する一様温度および分布温度かどうかを識別する入力変数がIHTOBS(N)です。
入力フラグIFSLD_DRGが、抵抗ベースと粘性ベースの凝固モデルとを識別するためにネームリストXPUTへ追加されました。

流体とバッフル領域に対する変換中心

変換中心（その点の周りで幾何形状領域のスケーリングおよび回転が実行される）は、従来は幾何形状のサブコンポーネントだけであったものから、流体とバッフル領域までに拡張されました。

バルブ/ベントにおける流量

バルブにおけるガスの流量は、全般的な時刻歴のデータカタログに出力されます。これは、バルブにおけるガス排出の有効性評価に役立ちます。

液滴の湧き出し

流体#1または #2の液滴の湧き出しにおける初期の一定なスカラ濃度を定義できるようになりました。

グラフィカルユーザインタフェース(GUI)新機能紹介

FAVOR^TM検証機能

新しくメッシュ品質検証機能が追加され、STLが定義する形状に対して、FAVOR^TMに関するメッシュ分解能の問題を確認し、表示することが出来るようになりました。STLファイルを用いて定義された幾何形状オブジェクトの分解能の低さを検出するため、FAVORizerは診断ツールを備えました。幾何形状をプレビューするためにFAVORizerを実行すると、その結果はインタラクティブな分析のためMeshing & Geometryタブ内の図形表示ウィンドウにロードされます。この機能は、プリミティブで定義される幾何形状には無効です。

V11_new_FAVOR_checking_capability

材料データベース

材料データベースがアップグレードされて、より多くの材料と温度依存特性、より良いナビゲーションと分類機能が加わりました。

その他、以下の機能が追加されています。

新しい解析例題
外部のCSVファイルサポート：時間と温度の表形式データの指定に、CSVファイル経由で外部ファイルを簡単に用いることができます。
最大時間ステップの実行時変更：解析を通して最大許容時間ステップが修正されるようになりました。
複数のバッフル領域：複数の領域を含むバッフルをGUIで作成／編集することができます。
重力ベクトル表示：慣性重力の方向が、Meshing and Geometryウィンドウの中で表示されるようになりました。
Portfolioのシミュレーション状態：GUIを開いたときに、Portfolio内の全ての解析の状態がすぐに表示されます。従来は解析をロードしなければ状態が分かりませんでした。
解析のロードを後回しに：Portfolioで解析をシングルクリックすると、幾何形状をロードすることなく、解析の診断と実行時のプロットを表示することができます。
解析のアンロード：ファイルメニューから解析をアンロードすることができます。GUIからメモリを解放することができます。現代的なオペレーティングシステムによるメモリ使用状況の表示では、解析がアンロードされた後も、実行モジュールのサイズが変わらないように見える点に注意してください。
新しい水理データの出力：最大水深（洪水）と、特定のもしくは全体の水頭を出力できます。
解析プロジェクトのレイアウト：Meshing and Geometryタブのリストボックス（例えば、メッシング）のレイアウトは、解析ごとに.Flow3dProjプロジェクトファイルに保存されます。Flow3dProjファイルは、解析ファイルと一緒にコピー／ロードされることによって、リストボックスのレイアウトを保持できます。
バージョン間の解析ファイル変換のログ出力：従来の入力変数がGUIによって自動的に変換されると、解析ファイルが開かれる時に変換ログに表示されます。従来の変数は、変換された変数とともに一覧表示されます。変換された解析ファイルの名前には、変換されたバージョン番号が追加されます。