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熱流体解析ソフトウェア 解析事例集-機械編

事例紹介

Analysis Case Studies

株式会社ソフトウェアクレイドルは、国産三次元熱流体解析ソフトウェアの開発・販売、教育・サポートまで一貫したサービスを提供しています。

掲載内容

•ホモミクサーの乳化力の評価
•ファン高効率化に向けたCFDの適用(パナソニック)
•多翼ファンの空力特性と騒音に及ぼす旋回失速の影響
•クロスフローファン内部の流れの構造
•ファン高効率化に向けたCFDの適用(テラルクリタ/テラル)
•ポンプの仕様性能に対する最適化
•ピストンポンプの吐出効率解析
•渦巻きポンプ(テラル)
•渦巻きポンプ(丸八ポンプ製作所)
•金型用油圧シリンダーへの適用検討と効果
•立軸ポンプ吸込水槽における渦発生と条件予測
•耐キャビテーション性能を向上させたロータリ形調節弁の開発
•重合格子 ~オーバーセット法~
•自然エネルギーとシミュレーション

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ドキュメント名 熱流体解析ソフトウェア 解析事例集-機械編
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•ホモミクサーの乳化力の評価 •ファン高効率化に向けたCFDの適用(パナソニック) •多翼ファンの空力特性と騒音に及ぼす旋回失速の影響 •クロスフローファン内部の流れの構造 •ファン高効率化に向けたCFDの適用(テラルクリタ/テラル) •ポンプの仕様性能に対する最適化 •ピストンポンプの吐出効率解析 •渦巻きポンプ(テラル) •渦巻きポンプ(丸八ポンプ製作所) •金型用油圧シリンダーへの適用検討と効果 •立軸ポンプ吸込水槽における渦発生と条件予測 •耐キャビテーション性能を向上させたロータリ形調節弁の開発 •重合格子 ~オーバーセット法~ •自然エネルギーとシミュレーション Analysis Case Studies 解析事例集-機械編
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ホモミクサーの乳化力の評価 プライミクス株式会社 様/株式会社資生堂 様 事例紹介 『SCRYU/Tetra®』を利用し、ホモミクサーを要素移動機能で解析 背景 クリームや乳液などの化粧品の製造には水と油の ように本来互いに混ざり合わない物質同士を混ぜ 合わせる乳化技術が利用されている。 乳化作用には混合する物質の性質と合わせて、攪 拌時のせん断速度が大きく影響する為、乳化物の 安定製造にはその予測が重要となる。 本解析では解析による乳化性能予測の取り組みの 一環として、卓上機・実機のホモミクサーそれぞ れについて解析を実施しミクサーを通過する流量 や通過する流体に発生するせん断速度を比較検討 した。 30mm 144mm 卓上機 7,000[rpm] 実機 3,600[rpm] 解析結果 せん断速度 流速 卓上機 実機 実機 卓上機 せん断速度 せん断速度の空間的な分布は上図のように卓上 機・実機で同程度に見えるが、ミクサーを通過す 解析を行うことで、上図のようなミクサー内部の流 る粒子が受けるせん断速度は上グラフの通り実機 れの様子を観察することも可能になる。 のほうが大きいことが確かめられた。 comment ●SCRYU/Tetra®を用いて、ホモミクサーの3次元数値解析を行い内部の流れを可視化し、卓上機・実機で発生するせん断 速度を比較した。 ●解析結果から実機で卓上機よりもせん断力が高いことが確認され、実機で卓上機の性能は再現出来るであろうという判断 材料を得ることが出来た。 2 | ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 ミクサー通過粒子数
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ファン高効率化に向けたCFDの適用 パナソニック エコシステムズ株式会社 様 事例紹介 ファンの静圧効率、送風特性の関係を『SCRYU/Tetra®』を用いて検証 ファン設計におけるCFDの活用 2. ケーシングなし ⇒ 1ブレード間の流路のみを解析モデル化 送風機器の主要要素であるファンの効率化を図る上で、流体シ 軸対称の各ブレード間において流れ状態が同一で周期的に繰り返 ミュレーション(CFD)は有効なツールである。 羽根車周囲の流れ すものとして仮定。 状態の可視化による乱流発生箇所の把握や、ファンの仕事量と静 圧の計算結果を用いた効率予測を行うことができる。 解析モデル Key Point: 実用的な計算負荷の範囲内で、送風性能評価が可 能な精度を確保できる解析モデルを作成するこ とが重要。  約200万メッシュ 1つのブレードとブレード 結果を周期コピーし 1. ケーシング付き の間の流路を解析 全域表示可 ⇒ ファン全体解析モデル 解析結果と実験結果の比較 非軸対称。スクロール形状や、時間によって変化するブレードとケー 【対象】 ケーシングなし シングの位置関係が送風性能に大きく影響するため、羽根車全周を ブレード内径/高さ、オリフィス高さを変更した3種類の遠心 解析範囲として時間変化を考慮した非定常解析が必要。 ファン(下表 A, B, C) を選定 Model (A) Model (B) Model (C) 一様にメッシュ分割すると? ファン外径 229 mm 229 mm 229 mm ...(固定) ブレード内径 142 mm 156 mm 156 mm 膨大なメッシュ分割数 ブレード高さ 62 mm 62 mm 82 mm 解析負荷が増大 オリフィス高さ 29.5 mm 39.5 mm 39.5 mm 約200万メッシュ , K-ε乱流モデル • 送風性能に大きく影響する領域 メッシュ 細 • 影響が少ない領域 メッシュ 粗 約300万メッシュ 風量 Q[m3/h] 最高静圧効率 (B) > (C) > (A) 最高効率点における風量 (A) > (C) > (B) 実測値と解析結果の傾向合致 → 解析工数の短縮と精度確保を両立 ケーシングタイプにおいても、同様に整合性を確認できた comment 送風機器の形態に応じた最適な解析モデルをCFDに適用することにより、効率向上に有効な設定パラメータを導出した。送風 機器の消費電力削減は重要なテーマであり、解析マシンの高速化が進む中で、より複雑かつ高度な解析対象へのCFDの活用 による高効率化技術開発が期待される。 ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 | 3
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多翼ファンの空力特性と騒音に及ぼす旋回失速の影響 長崎大学 様 事例紹介 『SCRYU/Tetra®』で形状の異なる多翼ファンの内部流れを比較し 騒音と旋回失速の影響を評価 多翼ファン高効率化と低騒音化 供試用羽根車 概観 住宅用換気設備として用いられる多翼ファンは騒 音の低減が重要な課題となる。ファンの空力特性 は羽根車前面側にシュラウドを付加する事によっ て改善されるが流体力学的なメカニズムについ ては不明な点も多い。今回多翼ファンの空力特性 と騒音に及ぼすシュラウドの影響を実機の性能試 験により評価し、数値シミュレーションによる内部 流動の解析に基づいて広帯域騒音に及ぼす旋回 失速の影響を考察した。 MF9(シュラウドなし) MF9S(シュラウドあり) 実測結果 シミュレーションによる解析結果 3 80 シュラウドなし シュラウドあり MF9 ( EFD, without Shroud ) MF9S ( EFD, with Shroud ) MF9 ( CFD ) MF9S(シュラウドあり)で MF9S ( CFD ) 60 2 ファン効率が改善 η ψs 40 N = 2800rpm 1 Z = 40 λ 20 シュラウドがない羽根では旋回失速が発生しているが、 00 0.1 0.2 0.3 0.40 シュラウドがある羽根では発生していない φ 騒音に及ぼす旋回失速の影響 60 MF9 ( without shroud ) MF9S ( with shroud ) シュラウドなし シュラウドを有すファン(MF9S)は旋回失速 70 L が形成されにくく、これに応じて低周波側のA 50 O-B section 広帯域騒音はMF9よりも旋回失速回転周波 Vortex Flow 数近傍で大きくなった。 L N = 2800rpm SA 40 MF9の羽根車は旋回失速の形成される位 60 Z = 40 MF9S(シュラウドあり)の 置での翼間で静圧を十分に上昇させること 騒音レベルは約1dB上昇 Main Flow ができず相対的に静圧が低くなった。 0 0.1 0.2 0.3 0.430 Domain φ comment SCRYU/Tetra®を用いて2つのファン内部流動を明らかにし、広帯域騒音におよぼす旋回失速の影響を評価した。ファンの空 力特性と騒音は背反関係にあるが、最高効率点よりも高流量側ではMF9Sの比騒音はMF9よりも低く、シュラウドを有す多翼 ファンの総合的な性能が改善されることを明らかにした。 4 | ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 LA , dB(A) ψs,λ LSA ,dB η Main Flow Main Flow
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クロスフローファン内部の流れの構造 大阪電気通信大学 様 事例紹介 羽根車端部の特徴的な外部流れを『SCRYU/Tetra®』で把握 クロスフローファン クロスフローファン 羽根車と流れを規制するケーシングで構成。 羽根車内部は偏心した渦をもつ複雑な流れで、かつ偏心渦 の挙動がファン特性・騒音に大きく影響する。 舌部 近年、小型化・低騒音化が要求される中、内部流れの構造を 解明するため、流線、静圧分布、全圧分布について可視化実 験・3次元数値解析を行った。 ケーシング 羽根車内部流れ 解析モデル ケーシング側板の影響を明確にするため、羽根車内の偏心渦中心の 位置について検討 θ 舌部 流速分布 静圧分布 ケーシングと羽根車の間における3次元流れ 渦中心 偏心渦中心の変位 側面図 •羽根車中央部  ケーシングに沿った流れ 羽根車内部の 可視化実験 数値解析 •側板近傍 偏心渦にも影響 羽根車両端部になるほど、渦中心角度が舌部に近づく中央部の分布 ケーシングに沿わない流れ についても複雑な様相に comment SCRYU/Tetra®を用いてクロスフローファンの3次元数値解析を行った結果、可視化実験結果の傾向が捉えられ、数値解析の 有効性を見出せた。また、羽根車内部だけでなく、可視化実験では測定が難しいケーシング内と羽根車間などの流れについて もシミュレーションで検討・考察することができた。 ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 | 5
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ファン高効率化に向けたCFDの適用 テラルクリタ株式会社 様/テラル株式会社 様 事例紹介 『SCRYU/Tetra®』を用いて、ファン製品開発の高効率化を実現 ターボファン 解析目的と解析モデル 風力や圧力、効率などのファン性能を評価し、様々なケー 用途 スのファン内部の流れ状態や圧力分布を可視化・比較検 証を行うことで最適なファン形状を検討する。 乾燥機 集塵機 羽根車 要素数 :約778万 選別機 解析条件 :-定常解析 -ALE(回転境界) etc 回転/静止領域 環境負荷を低減する為ファンの高効率化・低騒音化・低 解析結果と実験結果の比較 振動化など、省エネ化が推進される。 そこで、CFDや構造解析等のシミュレ-ションツールを活 (※電源周波数60Hz時) 用することで、性能評価や検証を行い、環境に配慮した高 効率なファンの開発を行った。 圧力分布の可視化 風量10m3/min時と40m3/min時の比較 5000 100 4000 80 3000 60 2000 40 1000 20 風量 0 010m3/min 風量40m3/min 0 10 20 30 40 50 60 70 全圧効率39.2%   全圧効率78.2%  風量 Q (㎥/min) FAN_静圧(解析) FAN_静圧(実験) FAN_効率(解析) FAN_効率(実験) FAN_軸動力(解析) FAN_軸動力(実験) FAN全圧効率 解析結果 実験結果 1 2 3 4 5 6 7 2 3 4 5 風量 Q(m3/min) 0 10 20 30 40 50 60 15 29 45 55 全圧 Pt(Pa) 4393 4158 3981 3965 3680 3143 2306 4294 4064 3159 2253 解析、実験結果がほとんど同じ値を 静圧 PS(Pa) 4393 4125 3848 3669 3141 2312 1126 4231 3825 2580 1397 L 示していることがグラフからも明ら軸動力 0(kW) 1.27 1.77 2.02 2.56 3.14 3.69 4.09 1.84 2.54 3.26 3.51 全圧効率 η 0.0 39.2 65.6 77.3 78.2 71.0 56.4 57.2 76.8 72.4 58.3 かになった。 comment SCRYU/Tetra®を用いた流体解析により、性能検証を行いながらファンの最適形状を検討。羽根車やケーシング内部の流れや 圧力分布を可視化することで、開発・設計段階において、様々な評価が行えた。今回、新設計羽根を採用した結果、全圧効率 86.5%(50Hzの時)を達成することができた。ファンの高効率化・低騒音化が実現でき、SCRYU/Tetra®が有益であった。 また、流体解析を用いたことで、試作を作る回数や検証する回数を減らすことができ、開発期間の短縮やコスト削減等、大きな 効果をもたらした。 6 | ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 静圧 Ps (Pa) 全圧効率 η(%) 軸動力 L (kW)
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ポンプの仕様性能に対する最適化 株式会社帝国機械製作所 様 事例紹介 1翼解析機能を用いたインペラ内部流れ解析におけるターンアラウンド性の向上 2点仕様ポンプの設計 従来、ポンプの高性能化に関しては最高効率点を上げる形での改善設計が行われてきた。ただ、 この方法の場合複数の仕様点に合わせて設計することは経験と勘に頼る難しい作業となり、結 果として大流量側で揚程がオーバースペックとなることが多く、モーターの定格出力が大きく なってしまっていた。そこで、SCRYU/Tetraの1翼解析機能を使用して多数のインペラモデルにつ いて検討を行うことで、ポンプの仕様性能に対する最適化を図った。 1翼解析機能 周期的に翼が配置されているポンプやファンの解析では、1翼分の形状を取り出したモデルを解 析対象とすることで計算コストを削減できる。SCRYU/TetraではインペラのCADデータから1翼 解析用モデルを抽出し、短時間で解析・ポスト処理を行うことが可能である。 解析領域 子午面 (周方向平均) 1翼モデル抽出 インペラCADモデル 1翼解析機能 1/翼枚数分解析 翼面上 翼間断面 圧力分布 ブレードローディング ターボ機械評価に特化したポスト処理 解析結果と実験との比較 流量 -揚程曲線 流量 -軸動力曲線 16パターンのインペラ形状につい 旧インペラ実験値 て解析を実施し、2つの仕様点に接 新インペラ実験値 仕様点に接近 近した性能をもつインペラ形状をSCRYU/Tetra 得ることができた。さらに、実イン ペラによる運転では解析と同等の 傾向が確認でき、結果としてモー 旧インペラ実験値 ターの最大必要 新インペラ実験値 軸動力低下 出力を約36%低 SCRYU/Tetra モーター最大出力 下することがで 仕様点 DOWN きた。 流量 流量 comment SCRYU/Tetra®の1翼解析機能を使用し解析のターンアラウンド性を向上させることで、多数のインペラモデルの比較を非常 に容易に行うことが可能となった。その結果、従来設計手法による過剰なポンプ性能を仕様に対して必要十分な形に最適化す ることができ、モーター定格出力を大幅に低減させることに成功した。 ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 | 7 揚程 軸動力
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ピストンポンプの吐出効率解析 機能紹介 『SCRYU/Tetra®』を用いた吐出効率の評価とキャビテーションの発生予測 解析概要 ピストンポンプは往復運動をしながら回転するピストンにより流体を輸送するもので、多くの産業機械に利用されている。ピストンの回 転数を上げることで流量の増加を図ることができる一方で、キャビテーションや溶存気体の遊離が起こり、吐出効率が低下したり、ポン プそのものが損傷する危険がある。SCRYU/Tetra®の要素移動機能を用いて解析を行い、気泡発生の様子を確認し、吐出効率を見積もる。 解析モデル ピストンの回転・往復運動 ピストンの回転数を様々に変化させて気 ピストンの運動に 泡発生の有無や吐出効率の変化を調べる より流体はオレン ジの矢印の方向に 輸送される モデル形状 解析メッシュ 上図のように実形状から流体部分を抜き出して解析を行う。 吸入部・吐出部は赤色の静止メッシュ、ピストンは青色の回転移動メッ シュで表現される。ピストンの上下動はメッシュ伸縮により表現する。 解析結果  t = 0.120 t = 0.128 t = 0.136 t = 0.144 流速分布 各時刻における流れ場の様子。ピストンの回転・往復運動がわかるよう、矢印で示したピストンに色付けをしている。 吸入側では一様な流れとなっている一方で、吐出側では大きな渦がみられる。 3 2.5 キャビテーションOFF 2 キャビテーションON 500 rpm 1500 rpm 1.5 1 0.5 0 2500 rpm 3500 rpm 500 1500 2500 3500 ピストン回転数 [rpm] 気泡発生の様子 回転数別の気泡発生の様子。 吐出効率の評価 キャビテーション機能のON/OFFを切り替えた解析の 回転数が大きいほど広範囲で 比較から吐出効率低下を評価できる。このケースでは 溶存気体の遊離がみられる。 2500 [rpm]以上で顕著に効率が低下している。 comment ●SCRYU/Tetra®を用いて、ピストンポンプの吐出効率調査を行った。 ●回転数を変化させた解析により、気泡発生傾向の差を把握し、吐出効率の低下を見積もることができる。 ●流れ場の可視化と併せて、高信頼性・高効率なポンプの設計に活用できる。 8 | ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 吐出流量 [kg/s]
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渦巻きポンプ 解析事例 テラル 株式会社 様 事例紹介 『SCRYU/Tetra®』を活用し、渦巻きポンプ製品開発の高効率化を実現 渦巻きポンプ 解析モデル 3次元CAD、3次元測定、3次元プリンター、構造解析などに 流体解析を組み合わせることで、更に高品質で付加価値の 要素数:約774万 高い商品開発が可能に。 節点数:約220万 定常解析 ALE -回転/静止領域 解析結果 工業用水の送水 冷温水循環用 一般給水用 上水道の送配水 ハイレベルな研究・開発設計 高度なニーズへの対応 安定した品質の商品を供給 ポンプ内の流れや圧力分布など、結果を視覚的にとらえられ、また複数ケースの比較検証により試作前に設計の方向 性を決定する手段としても活用 解析結果と実験結果の数値比較 1.000 0.200 30 100 φ-ψ_解析 φ-ψ_実験 Pump_全圧(解析) Pump_全圧(実験) 0.900 φ-ηt_解析 φ-ηt_実験 28 0.180 Pump_軸動力(解析) Pump_軸動力(実験)φ-ν_解析 φ 90 -ν_実験 26 Pump_効率(解析) Pump_効率(実験) 0.800 0.160 24 80 22 0.700 0.140 70 20 0.600 0.120 18 60 16 0.500 0.100 50 14 0.400 0.080 12 40 10 0.300 0.060 30 8 0.200 0.040 6 20 4 0.100 0.020 10 2 0.000 0.000 0 0 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 流量係数 φ 流量 Q (m3/min) 実測値と解析結果ほぼ一致 comment SCRYU/Tetra®の導入により、ポンプの性能評価や内部流れ等の可視化が短時間で行えるようになり、開発期間の短縮(25% ~65%↓)や開発費削減など、大きな効果をもたらした。また、解析結果を用いることで、若手・中堅・ベテラン社員を問わず、 いろいろな角度から活発な議論・評価が行えるようになった。 ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 | 9 揚程係数ψ, 全圧効率 η 軸動力係数 ν 全圧 Pt (m), 軸動力 (kW) 効率 η (%)
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渦巻きポンプ 解析事例 株式会社丸八ポンプ製作所 様 事例紹介 『SCRYU/Tetra®』を活用し、渦巻きポンプの性能評価をシミュレーションで実現 用途 • 各種プラント用 • 廃液処理設備用 • 公害防止装置用 • 給水、排水用 • 溶剤等特殊液の移送用 特長 • 脚付ケーシングの為、配管を外す事無く、インペラーを含 む主要回転部を容易に分解、点検が出来るバックプルア ウト方式を採用しています。 ※写真はFIC型です • JIMS 16bar規格準拠品です。 解析モデル 全要素数:2,534,983 解析結果と実験結果の数値比較 解析結果 全揚程[m]( SCRYU/Tetra-試験値) 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 全揚程[m]( 試験値) 全圧分布(400[L/min]) 10.00 全揚程[m(] SCRYU®/Tetra) 5.00 0.00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 460 吐出し量[L/min] 流速分布(400[L/min]) comment 一般的に、高速回転するポンプ内流れの詳細な現象を連続的に測定することは難しく、数値解析による検証・評価は有効であ る。実験値との比較において、解析値がやや高めの値で得られたが、推移はグラフからも見てとれるように実験値とほぼ一致し ており、傾向をとらえられたといえる。 10 | ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 全揚程[m]
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金型用油圧シリンダーへの適用検討と効果 株式会社南武 様 事例紹介 『SCRYU/Tetra®』を用いてシリンダーの高速化を検討 解析目的 ダイカスト製品の大量生産実現において、油圧シリンダーの高速化はサイクルタイムの短縮に直結する為、製品の機能として重要視されて いる。現行の1ポートモデルを使った実験値との比較で、数値解析の妥当性を確認した上で、ポート数を増やし移動速度の向上を検討した。 圧力規定 解析メッシュ図 流出口 移動 従属領域 独立領域方向 解析結果(1ポートモデル)  1ポートモデル 流入口 流出口 流速の大きさ [m/s] ロッド 0.1秒後 シリンダー ピストン 2ポートモデル 流速の大きさ [m/s] 流入口 解析値と実験値との比較 0.2秒後 140 解析(1ポート) 120 解析(2ポート) 100 実験値(1ポート) 流速の大きさ [m/s] 80 0.3秒後 60 40 20 流速の大きさ [m/s] 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.4秒後 時間[s] comment ●1ポートモデルの実験結果と比較して、シリンダー移動速度の推移にはやや差異はあるが、到達時間は実験値とほぼ一致し ている。 ●2ポートモデルにすると、約5%移動速度が向上することを事前検討できた。 ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 | 11 ストローク[mm]
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立軸ポンプ吸込水槽における渦発生と条件予測 株式会社 酉島製作所 様 事例紹介 水槽内流れ予測に対するCFDの有用性を『SCRYU/Tetra®』で評価 背景 ○ 旋回成分(渦)発生位置 ポンプの大容量・高速化に伴い、ポンプ吸込水槽内流速を おおむね吸込口の 高速にすることによる水槽の小型化が求められるように 下方、水槽のポン なってきた。ポンプ吸込水槽内の渦発生は、騒音や振動の原 プ裾付位置より下 因となるため、模型試験の重要性が高まる。 流側から軸心まで の範囲に発生位置 一方で、コストと労力の削減を考慮し、CFDを用いたシミュ が限定される レーション技術に期待が集まっている。 吸込水槽壁側から発生する水中渦に着目し、水位と流量を 種々変えた場合の渦の挙動を実験的に促え、その結果をCFD 解析と比較検討した。 ポンプ吸込水槽 渦構造コンター(CFD):流量=0.6m3/min ⇒ q関数(速度勾配テンソル第2不変量)を用いて抽出 結果比較 ○ 各流量における流速ベクトル(断面:PIV測定位置) 0.6m3/min 1.2m3/min 1.8m3/min 実験装置 ポンプ吸込水槽基本形状 水中渦周りの時間平均速度ベクトル(PIV) 0.6, 1.2, 1.8m3/minの各流量において発生する水中渦周りの流速 をPIV(Particle Image Velocimetry)を用いて測定。 解析 ~解析条件~ • 250万メッシュ • 定常解析 旋回流れの流速ベクトル(CFD) • 軸流ポンプ羽根車 旋回流れの発生位置や旋回方向、流速は実験結果  ⇒回転考慮なし と解析結果で定性的によく一致 • SST乱流モデル 水槽壁側から発生する水中渦  → 渦中心に向かうほど旋回速度が大  → 流量の増加に伴い発達し、旋回速度も大  → 渦中心近傍にはキャビティを伴うことを確認 comment 流体解析を使用した空気吸込渦、および水中渦の発生予測の有効性を検証するために解析結果と実験データの比較を行っ た。その結果、流体解析結果は旋回成分(渦)の発生位置や旋回方向、および流量の増加に伴う旋回速度の増加傾向など、定性 的な傾向は実験結果とよく一致した。 12 | ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】
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耐キャビテーション性能を向上させたロータリ形調節弁の開発 アズビル株式会社 様 事例紹介 耐キャビテーション性能を向上させたロータリ形調節弁の開発に 『SCRYU/Tetra®』を活用 ロータリ弁内の流れを可視化し、コーン型ディフューザの効果を予測 アクチュエータ シートリング Flow コーン型 解析モデル ディフューザ プラグ バルブ本体 一般的なロータリ弁 ⇒ 急激な圧力低下によりキャビテーションが発生しバルブに悪影響 コーン内部で流れを衝突させ コーン付きロータリ弁 急激な圧力低下を抑制 キャビテーションを 減少させることに成功 !! Flow velocit[y m/s] Cavity void fraction 流速コンター分布 キャビティボイド率分布 CFD結果と実流試験結果の比較 圧力回復係数FL値の実験結果 70 1 △:CFD コーン付きロータリ弁 60  FL=0.88 0.9 0.89 0.91 0.87 0.89 ロータリ弁の弱点であるキャビ 50 0.8 FL値が向上 テーションの発生しやすい構造40 0.8 30 ◆:実験値 をコーン型ディフューザで改善0.7   F =0.89 0.7L 0.68 20 し、小型軽量なバルブを実現!! 0.6 一般的なロータリ弁 10 0 0.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0% 25% 50% 75% 100% ΔP/P1 相対容量係数 Φ comment キャビテーションモデルによるCFDを活用することで… ●流速とボイド率の可視化ができ、効果の確認ができた ●キャビテーションに関するパラメータであるFL値の向上と調節弁として必要な流量性能を両立させた、最適な調節弁設計 のツールとして活用できた ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 | 13 流量Q[m3/h] FL
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重合格子 ~オーバーセット法~ 機能紹介 解析空間に複数の計算格子域を重ね合わせて、回転や接触など複雑な動きの 流体解析に対応 重合格子とは? 複数の計算格子(メッシュ)域を重ね合わせ、一つの解析空間を表現 します。異なる動きをする領域単位で区分し、メッシュを作成。その 領域ごとに移動条件が与えられます。 独立領域(静止領域) 従属領域(移動領域) メッシュ メッシュ マージして1つのメッシュとして計算 適用例 その1: 複数ケースの解析を行う際に、従属領域だけを入れ替え  • ヒートシンク 従属領域 部品ごとにメッシュを作成 部品配置を回転/平行移動してマージするだけで変更可能 適用例 その2: 回転範囲が重なる、複数の回転物体  • ミキサー • ギアポンプ 適用例 その3: 接触を伴う移動物体  • 開閉バルブ 重合格子機能により、単一の計算格子では困難な複雑な物体移動や物体同士の衝突を伴う流体 解析が可能に。 その他 適用事例 • ボールバルブ • スクロールポンプの回転 • ピストン運動 • 各種フラップの開閉運動 など 14 | ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】
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自然エネルギーとシミュレーション 事例紹介 風力・風環境の評価にシミュレーションを活用 風力発電 SCRYU/Tetra® 事例紹介 渦度等値面表示 圧力分布(左:正面と裏側/右:側面) 風力発電装置 - Wind Power Generation 風力次世代のエネルギー源として注目される自然エネルギー。その一つとして風力発電 への期待も高まりつつあります。風力発電装置周りの風環境に対する空力および、風力 タービン表面にかかる圧力、トルクの算出など効力特性の把握にシミュレーションが用 いられています。 風環境と都市開発 STREAM® 事例紹介 地形データ 3次元モデル 高層ビル周辺 風速 建物周辺 風流れ 風環境 - Wind Environment 建物の高層化と高密度化に伴い、都市や建築をデザインする中で、風環 境の評価は重要なものになっています。シミュレーションを行うことで、都 STREAM®メッシュ図 市計画段階における環境予測やビル風対策の検討・適用に役立ちます。 地形データをもとに、広範囲の風環境予測が可能です。  ソフトウェアクレイドル事例集【機械編】 | 15
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