[熱流体解析]ANSYS CFX / ANSYS CFD-Flo

ANSYS CFXおよびANSYS CFD-Floは汎用有限体積法熱流体解析ソフトウェアであり、一般的な流体の流れや熱伝達(固体の共役熱伝導含む)から、回転機械や多相流、化学反応まで様々な流体工学問題に適用可能です。操作性やロバスト性、計算速度にも定評があります。

製品構成

ANSYS CFX、ANSYS CFD-Flo共にプリプロセッサ(ANSYS Meshing)、ソルバー、ポストプリセッサ(ANSYS CFD-Post)が一体になった製品です。
ソルバーはいずれもCFXソルバーを採用していますが、製品によって利用可能な解析機能が異なっています。

  • ANSYS CFD-Flo: ベーシックな熱流体解析機能を搭載
  • ANSYS CFX: ANSYS CFD-Floに、回転機械や化学反応などの機能を加えたハイエンド版

製品特長

解析機能

ANSYS CFX / ANSYS CFD-Floでは以下の機能がご利用いただけます。

(表の見方)

解析機能 ANSYS CFX ANSYS CFD Flo
熱流体解析 定常 / 非定常
圧縮性 / 非圧縮性
層流/乱流
化学種
伝熱(熱輻射を含む)
化学反応・燃焼多相流回転機械
連成解析機能
(※1)
片方向連成
マルチコード双方向連成
その他解析機能 運動エネルギー効果(粘性発熱など)
メッシュモーフィング機能
インターフェース機能

表の見方
● : ANSYS Workbench環境に対応
※1 : ANSYS Mechanicalが別途必要です。
※ それぞれの機能の項目をクリックすると、詳細説明の位置へ移動します。

解析機能詳細

乱流 (※記載の無いものはCFX / CFD-Flo両方で利用可能です。)

以下の乱流モデルを扱う機能です。

  • RANS
    Zero Equation
    k-Epsilon
    RNG k-Epsilon
    k-Omega
    Shear Stress Transport
    Eddy Viscosity Transport Equation
    K-Epsilon EARSM
  • RSM
    BSL
    BSL EARSM
    BSL Reynolds Stress
    LRR Reynolds Stress
    SSG Reynolds Stress
    QI Reynolds Stress
    Omega Reynolds Stress
  • LES Smagorinsky
  • LES WALE
  • LES Dynamic Model
  • SAS SST(※CFXでのみ利用可能です)
  • Detached Eddy Simulation(※CFXでのみ利用可能です)
  • 遷移Gamma Thetaモデル(※CFXでのみ利用可能です)

化学種

いわゆる多成分流体解析で、複数の成分の混合を扱う機能です。ユーザーは混合物性モデル(各成分の物性も別途定義)と拡散係数を定義することで容易に流体の混合を扱えます。

熱輻射 (※記載の無いものはCFX / CFD-Flo両方で利用可能です。)

輻射熱伝達事象である、放射、吸収、拡散(散乱)、透過を扱う機能です。輻射モデルには、以下の4つのモデルを用意しており、解析内容に応じて適切なモデルを使用可能です。

  • Rosseland
  • P1
  • Discrete Transfer
  • Monte Carlo(※ANSYS CFXでのみ利用可能です)

また、スペクトルモデルに灰色体、マルチバンド、マルチ灰色といったモデルを用意しており、幅広い輻射解析に利用することができます。

電磁流体(※CFXでのみ利用可能です。)

電磁場と導電性流体の相互作用を扱う機能です。
ローレンツ力、ジュール熱などの計算が可能となります。

化学反応・燃焼(※CFXでのみ利用可能です。)

燃焼をはじめとした化学反応を扱う機能です。
反応過程は単一反応も多段階反応も扱え、また豊富な反応、材料データベースを用意しております(ユーザーがこれらを修正または新規に作成することも可能。また反応・燃焼は複数の成分を扱うため、化学種機能を併用します)。
さらにモデルに応じて以下の反応モデルをご利用頂けます。

  • Eddy Dissipation Model (EDM)
  • Finite Rate Chemistry (FRC) Model
  • Combined EDM/FRC Model
  • Flamelet Models
  • Soot Model
  • NO Model

多相流 (※記載の無いものはCFX / CFD-Flo両方で利用可能です。)

自由表面解析に代表される様々な混相流を扱う場合に使用します。
その機能は幅広く、様々な混相流問題に対応可能です。
Euler-Eulerの分散相やEuler-Lagrange(粒子追跡法)を使用することで気泡や液滴といった粒子相も取り扱えます(粒子を扱う場合は抗力、揚力といった運動効果も考慮します)。
さらに粒子追跡法を使用した場合は粒子の軌跡も追跡可能です。
その他、蒸発、沸騰、凝縮、キャビテーションといった相変化も取り扱い可能です。

回転機械 (※CFXでのみ利用可能です。)

ターボチャージャー、発電機のタービン、扇風機などのファン類など、回転機械を扱うための機能です。この機能は、ファン、タービンなどの回転体周りを“回転系”、それ以外を“静止系”として扱います。回転系では、回転軸と回転速度を定義し、回転系と静止系をインターフェース機能を使用して接続することで容易に回転機械の解析が行えます。また、用途に応じて以下の3つのオプションを使用できます。

  • Stage (定常)
  • Frozen Rotor (準定常)
  • Transient Rotor/Stator (非定常)

運動エネルギー効果(粘性発熱など)

粘性摩擦による発熱、気体の膨張による温度低下、圧縮による温度上昇といった運動エネルギー効果を考慮できます。

メッシュモーフィング機能

壁などの面の移動によるメッシュ移動/変形、またはドメインなどの三次元領域全体のメッシュ移動/変形を行う機能です。バルブの開閉や容器のスロッシング問題など、メッシュの変形/移動を伴う解析にご利用頂けます。

バタフライバルブの開閉による流れの変化

アニメーションを見る
ミサイル発射時の噴射シミュレーション

アニメーションを見る
スロッシング

アニメーションを見る
 

インターフェース機能

計算領域中に設定した複数のドメインを接続する機能です。この機能は主に不連続なメッシュ領域の結合や回転機械を使用した場合の回転系と静止系の接続に使用します。この機能には主に以下の4種類の接続タイプがあります。

  • 流体領域−流体領域
  • 流体領域−固体領域
  • 固体領域−固体領域
  • 周期境界

流体領域−流体領域結合

流体領域−固体領域結合

Immersed Solid(重合格子)機能

構造物と流体領域のメッシュを重複させて構造体の運動を表現する機能です。
物体の運動に伴うメッシュ品質の悪化を回避できます。
メッシュ品質の劣化を回避するためのリメッシュやメッシュモーフィングを必要としません。
精度を上げるために、通常よりも解像度の高いメッシュが必要になります。
多相流や圧縮性および伝熱には正式対応しておりません。

Immersed Solid機能では流体領域と構造物のメッシュが重複します。


ボールバルブ

内接ギアポンプ

外接ギアポンプ

ベーンポンプ

TBR(Transient Blade Row)機能

回転機械機能のうち、翼列の過渡現象を正確に効率よく解析するための手法です。
モデル化する翼の数を減らし、部分モデルで高効率な解析が行えます。

  • 大きくわけて2つの手法があります。
    Transient Rotor Stator(Rotor/Statorを共にモデル化し、解析を行う手法)
    Flow Boundary Disturbance(1部の翼だけモデル化し、その前後の翼の影響を境界条件で表現する手法)
  • Flow Boundary Disturbanceのオプションとしてブレードフラッター機能(ブレードの固有振動数を モーダル解析で求め、ブレードのフラッターが起きるかを予測する機能)があります。

モデル化する翼の数を減らします


ブレードフラッター機能
軸流タービンブレードのトータル変位

50%スパンにおける圧力変動

解析事例

解析事例によっては、プロダクト以外の事例も含まれております。

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