CFDシミュレーションとは
CFDシミュレーションとは、流体力学的な方程式を計算機上で解くことです。
様々な物質の流れや生じる諸現象を明らかにする方法で、計算機上で様々な流れ現象を再現し、製品や機器の設計・開発に応用されています。実際に試作品を制作して実験する必要がなく、計算機上でシミュレーションできるため時間とコストを抑制することができます。
さらに実験では解析困難な複雑な流れ現象 (乱流など) であっても、再現することが出来るメリットがあります。
CFDシミュレーションの使用用途
CFDシミュレーションは流体を扱う様々な分野で利用されています。例えば、自動車や航空機では、空気抵抗を考慮した設計開発が必要であることから、CFDシミュレーションによる再現が必要です。
その設計次第で、走行・飛行性能に大きな影響があり、燃費性能の向上に繋げることができます。また配管中を流れるガスや液体の特性を理解することは、様々なインフラ (電力、水道、ガス) では基礎的な知見となります。そこでCFDシミュレーションが流体の解析に利用されています。
CFDシミュレーションの原理
CFDとはComputational Fluid Dynamicsの略で数値流体力学を意味します。
コンピュータの性能が著しく発展し、流れ現象の数値解析が実用的となったことでCFDシミュレーションは進歩しました。1970年頃からスーパーコンピュータの利用が徐々に浸透し、CFD技術進歩の後押しをしてきました。
実験的に解析することが困難な流れ現象であっても、ナビエ・ストークス方程式の数値シミュレーションによりその流れを再現することができます。特に乱流問題は未だ古典的に解析できない未解決問題となっており、CFDシミュレーションが重要な役割を担っています。
シミュレーションでは流体運動を解析するために、単純化した物理モデルを使用する場合が多く、実際の流れと誤差が生じます。より正確なシミュレーションを行うために詳細な物理モデルを定義すると、その分処理すべき演算量も増大するため、ハイスペックなハードウェア、ソフトウェアが求められます。
この場合にはスーパーコンピュータを利用すれば、膨大な演算処理とグラフィック処理を高速度で行うことができます。
参考文献
https://www.plm.automation.siemens.com/global/ja/our-story/glossary/cfd-simulation/67873
https://www.nagare.or.jp/download/noauth.html?d=37-1_rensai.pdf&dir=165