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数値流体力学(CFD解析)(すうちりゅうたいりきがく)

英訳:computational fluid dynamics(CFD)】

数値流体力学は「計算流体力学」、英語では「Computational Fluid Dynamics(CFD)」と書き、これを応用した解析手法を「CFD解析」と呼びます。コンピュータを用いて流体力学の問題(偏微分方程式)を解いていくものです。

流体力学は、気体と液体(物質の三態のうち固体以外)、つまり一定の形状を保つことがなく流動性のある「流体(Fluid)」の現象に関する力学を扱います。流体力学の適用範囲は非常に広く、そのうち、重工業、輸送機器、建設・土木、電気機器など産業に関わる流体現象の理解にフォーカスした研究分野を流体工学といいます。

数値流体力学が取り扱う方程式としては、オイラー方程式、ナビエ-ストークス方程式などがあります。数値流体力学の計算では、解析対象の形状(幾何)をコンピュータが処理できるよう、離散化という処理を行います。離散化の手法にはいくつかありますが、数値流体力学ソフトウェアで多く使われているものとしては有限要素法(FEM:Finite Element Method)や有限体積法(FVM:Finite Volume Method)、有限差分法(FDM: Finite Difference Method)があり、それぞれに長所と短所を持っています。

流体力学の問題を解く数値流体力学ソフトウェアでは、解析対象の形状を表す3Dモデル(もしくは2Dモデル)を用意し、プリプロセッサーでメッシュ(格子)や境界条件を設定した後、ソルバーと呼ぶ計算ソフトウェアにデータを送って微分方程式を解き、ポストプロセッサーでコンター図や流線などのグラフィックで可視化します。

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