ターボ機械専門の流体解析ソフトTCFDによる流体解析：水中バルブの解析例

TCFDの自動化されたワークフロー

CFD SUPPORT社は、次世代のCFD（流体解析）シミュレーションソフトTCFDを発表しました。 TCFDは、ターボ機械分野の流体解析に特化した流体解析ソフトで、この分野のCFDシミュレーションの生産性を飛躍的に向上させます。 TCFDは、商用コードの利点（プロフェッショナルなサポート、十分にテストされた、業界向けの特化、堅牢で、正確で、自動化された、GUIなど）と オープンソースの利点（永続的、無制限のユーザ、ジョブ、コア、カスタマイズ可能な...）をうまく融合させた流体解析ソフトです。



今回は「水中バルブの解析例」についてですが、TCFDの操作は完全に自動化されており、データ入力、新しいケースの書き出し、メッシュの作成、ケースのセットアップ、 ケースのシミュレーション、結果の評価、結果レポート作成など、すべてのワークフローを1つのコマンドで実行できます。 データ入出力は、GUIとバッチモードの両方が使用できます。 TCFDは、主にエンジニアの実際の付加価値の高い仕事を支援することに重点を置いています。

水中バルブ

バルブは、様々な通路を開閉することによって流体の流れ（ガス、液体、流動性固体、またはスラリー）を調整、 指向または制御する装置です。バルブは技術的にはフィッティングですが、 通常は別のカテゴリとして議論されます。 開放弁では、流体は高圧から低圧の方向に流れます。この言葉は、ラテン語から生まれたもので、扉の可動部分は、 ボルケールから順番に回転しています。最も単純で非常に古い弁は、流体（気体または液体）の流れを一方向に妨害するように滴下しますが、 反対方向の流れによって開放された自由にヒンジされたフラップです。 これはチェックバルブと呼ばれ、一方向の流れを妨げるか、または「チェック」します。 バルブには、灌漑用の水の制御、プロセスの制御のための産業用の使用、 家庭の皿や衣服のワッシャーやタップへのオン/オフや圧力制御などの居住用の用途を含む多くの用途があります。 エアロゾルでさえ、小さなバルブが内蔵されています。バルブは、軍事輸送部門でも使用されています。
出典：Wikipedia、https://en.wikipedia.org/wiki/Valve

水中バルブの解析例の形状データの前処理

本ケースでは、ファイル形式STEPのValveのCADモデルを初期データとして前処理をおこないました。 プロフェッショナルなCFDシミュレーションでは、元のSTEPファイルは通常は複雑すぎるため、 いくつかの前処理作業が必要です。オープンソースのソフトウェアSalomeを使用することで、 モデルが簡素化され、クリーンアップされます。最終的なサーフェスモデルは防水加工されています。 最後に、2Dサーフェスメッシュが生成され、許容可能な方法でCADサーフェス（ウェットサーフェス）にフィットします。 バルブの濡れた表面を定義する個々のSTLファイルがエクスポートされます。 前処理は各CFDワークフローにとって非常に重要であることを覚えておいてください。 前処理は常にCFDの結果を制限し、期待値を設定します。

水中バルブの解析例の形状入力データ

stlファイル形式 として表面モデルデータをTCFDにロードします。 その他のオプションで、外部メッシュをOpenFOAMメッシュ形式でロードしたり、 MSHメッシュ形式（Fluentメッシュ形式）をロードすることもできます。 このCFD手法では、モデルが特定の数の領域に分割されていることを意味するマルチコンポーネントアプローチが採用されています。 各領域はそれ自身のメッシュを有することができ、 個々のメッシュは、インターフェースを介して作用します。

グラフィカル・インタフェース

TCFDのグラフィカルインターフェイスはParaViewに基づいています。 ほとんどのユーザーは、グラフィカルインターフェイスを使用し、 コマンドラインを使用してクラスタを実行することを選択します。 ワークフローは非常に柔軟性があり、コマンドラインとGUIの決定は常にユーザーが行います。

水中バルブの解析例のメッシュ（計算格子）

このケースでは、シュミレーションモデルは2つのコンポーネントに分割されます。 各コンポーネントには独自のメッシュがあります。 すべてのメッシュは、snappyHexMesh内の各コンポーネントに対して自動的に作成されます。 任意の数のモデルコンポーネントが許可されます。 下図は、本解析例（水中バルブの解析例）のメッシュです。

コンポーネントグラフ

TCFDでシミュレートされたプロジェクトには、コンポーネントグラフがあります。 コンポーネントグラフは、コンポーネントトポロジの構成方法を示します。 インレット、アウトレット、コンポーネントがどのようにインターフェイスを介して接続されているか等です。 下図は、本解析例（水中バルブの解析例）のコンポーネントグラフです。

本解析例（水中バルブの解析例）の設定一覧

CFD（流体解析）シミュレーションの実行

シミュレーションは、任意の数の並列プロセッサで実行できます。 シミュレーションが開始された直後に、ユーザーはHTMLレポートで重要なすべての量の進捗状況、 すなわち流量、残差、効率、トルク、圧力差などを追跡することができます。 これらのランタイム関数は、ユーザーにシミュレーション収束の貴重な情報と、 予想される終了前にシミュレーションを停止する可用性を提供します。