Ansys Fluent

• CPUおよびGPUの並列機能による計算高速化
• 直感的かつ高品質なメッシュ生成
• 高精度な物理モデル

Ansys Fluentのメッシングモードでは、分かりやすいワークフローを通じて、流体解析に適した高品質なメッシュを効率的に作成することができます。四面体、六面体、多面体、境界層メッシュといった多様なメッシュタイプに対応しており解析対象や目的に応じた柔軟なメッシュ生成が可能です。
さらに、六面体と多面体メッシュを組み合わせたAnsys独自のPoly-Hexcoreメッシュを活用することで、大幅なセル数削減とメッシュ品質の向上を両立できます。また、並列処理を活用したメッシュ生成機能により、複雑なジオメトリを含む大規模モデルに対しても、メッシュ生成時間を大幅に短縮することが可能です。

移動変形メッシュ（Dynamic Mesh）機能により、円筒内流れ、バルブの開閉、物体の分離・移動など、難易度の高いアプリケーションにも対応することができます。

• 多様なメッシュ再構築スキーム
  レイヤーリング、スムージング、リメッシングといった複数のメッシュ再構築手法を備えており、これらを組み合わせることで多種多様なメッシュ移動・変形に柔軟に対応可能です。
• 6自由度（6DOF）モデルへの対応
  物体分離、船舶流体力学、タンクのスロッシングなど、無拘束状態のアプリケーションに利用可能な6DOFモデルを装備しています。
• 他物理モデルとの高い親和性
  噴霧分裂、燃焼、混相流（自由表面、圧縮性流体など）をはじめとする、多くのAnsys Fluentの物理モデルと組み合わせて利用することができます。
• 回転機械解析への対応
  攪拌槽、ポンプ、タービンなどの回転機械の解析には、実績豊富なスライディングメッシュモデル（SMM）や複数基準座標系モデル（MRF）も利用可能です。

Ansys Fluentには、解析対象や要求精度に応じて、多種な乱流モデルが用意されています。

• RANSモデル
  k-ωモデルおよびk-εモデルをはじめとする代表的なRANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）乱流モデルを搭載しており、幅広い工業用途に適用可能です。
• レイノルズ応力モデル（RSM）
  強い旋回流や異方性流に適した乱流モデルです。
• LES/DESモデル
  大規模渦の非定常計算を直接捉えるLES（Large Eddy Simulation）モデルおよび、LESよりも計算負荷を抑えつつ大規模剥離流れを扱えるDES（Detached Eddy Simulation）モデルに対応しています。
• 遷移モデル
  層流から乱流への遷移仮定を詳細にモデル化することができます。
• SAS（Scale-Adaptive Simulation）モデル
  定常流れの領域ではRANSとして、剥離などの非定常性が支配的な領域では、大規模な非定常流れ構造を自動的に捉えることで、計算効率と解析精度を両立するモデルです。

多くの流体現象は熱伝達に従っており、Ansys Fluentは伝導・対流・輻射を含む熱伝達現象を精度よく扱うための様々な物理モデルと解析オプションを用意されています。

• 多様な輻射モデル
  P1モデル、Rosselandモデル、DOモデル、モンテカルロ法など、解析対象や計算規模に応じて選択可能な輻射モデルを搭載しています。炉内の熱流動解析から自動車ヘッドライト内部の放射熱伝達解析まで、幅広く使われています。
• 日射モデル
  太陽放射の影響を考慮でき、建築・環境解析や屋外設備の熱評価などに利用できます。
• 熱交換器モデル
  熱交換器を簡易的にモデル化し、圧力損失や熱交換性能を効率的に評価することが可能です。
• 凝固／融解モデル
  凝固および融解を伴う相変化現象を扱うことができ、連続鋳造プロセスなどで利用されます。

化学反応、特に乱流状態における化学反応・燃焼のモデリングは、Ansys Fluentが開発当初から得意としてきた分野です。豊富な燃焼モデルと高度な化学反応解析機能により、幅広い燃焼現象を高精度かつ効率的に解析することが可能です。

• 実績豊富な燃焼モデル
  Eddy Dissipation（ED）モデル、火炎片（Flamelet）モデル、予混合燃焼モデルなど、産業用途で幅広く利用されている燃焼モデルを搭載しています。
• 有限速度化学反応モデル
  EDC （Eddy Dissipation Concept）モデル、PDF輸送モデル、スティフソルバーを用いた有限速度化学反応モデルなど、より詳細な反応構築を考慮した解析が可能です。
• ISATによる高速化
  高速近似解法であるISAT （In-Situ Adaptive Tabulation）を、EDCモデルやPDF輸送モデルと組み合わせることで、計算精度を維持しながら計算スピードを大幅に向上させることができます。
• CHEMKINとの連携
  Ansys CHEMKINの反応構築およびソルバーを利用した化学反応解析に対応しており、詳細反応構築を用いた燃焼解析を行うことが可能です。
• 多様な燃料への対応
  標準的な反応流モデルが用意されており、ガス燃料、石炭、液体燃料といった様々な燃料を対象とした燃焼シミュレーションに利用できます。
• 排出物生成モデル
  SOxやNOx生成・分解を予測するための専用モデルを搭載し、環境負荷評価にも対応します。
• 表面反応モデル
  表面反応機能により、蒸着（CVD）やエッチングなどの反応プロセスをモデル化することが可能です。
• 高度乱流モデルとの組み合わせ
  化学反応・燃焼モデルはLESやDESといった高精度乱流モデルと組み合わせて利用することができます。 

Ansys Fluentでは多種多様な混相流モデルを使用可能です。

• VOF（Volume of Fluid）モデル
  自由表面を伴う流れの解析に適しており、波の解析や液面変動などの現象をモデル化することが可能です。
• オイラー（Euler）混相流モデル
  各相に対して個別の流体方程式を解くことで、水と油の混合状態や水と空気の流動槽の解析といった、各相が局所的に異なる挙動を示すような流れ場の解析を高精度に解析できます。
  また、混合（Mixture）モデルを用いることで、混相流解析の計算負荷も低減することが可能です。
• グラニュラー流モデル
  粉粒体の挙動を考慮したグラニュラー流れの解析に対応しており、オイラー混相流モデルおよび混合モデルと組み合わせて利用できます。
• キャビテーションモデル
  水中翼、ポンプ、燃料噴霧器などにおけるキャビテーションの発生・成長・削減を考慮した解析に利用できます。
• 分散相モデル（DPM：Discrete Phase Model）
  噴霧乾燥機、液体燃料噴射、石炭燃焼炉などに適用可能であり、連続相中を移動する粒子や液滴の挙動をラグランジュ的に追跡できます。また、DPMでは様々な粒子噴霧タイプが利用でき、Rosin-Rammler分布などを用いた粒子径分布の定義が可能です。
• 蒸発・凝縮/蒸発モデル
  気液間の相変化を考慮した蒸発および凝縮現象をモデル化できます。また、複数の沸騰モデルを搭載しており、原子力・化学プラントの冷却水、熱交換器、自動車の冷却・排気再循環システムなどにおける沸騰現象の解析に対応します。
• 液膜モデル
  壁面上に形成される液膜の流れや蒸発挙動を考慮した解析が可能です。

VOF法で攪拌による界面変化を計算した事例
DPMおよび液膜モデルを利用した、壁への液滴の付着と液だれの解析例

Ansys Fluentでは、不安定な圧力変動に起因する空力騒音を対象とした音響解析も精度よく解くことが可能です。

• FFT解析機能
  Fast Fourier Transform（FFT）ツールを搭載しており、LESなどの非定常解析で得られた時刻歴データ（表面圧力など）を周波数スペクトラムへ変換することができます。
• FW-H音響アナロジー
  Ffowcs-Williams & Hawkings（FW-H）音響アナロジーを用いることで、ブラフボディから回転中のファンブレードまで、さまざまな物体から放射される音の伝播をモデル化できます。
• 広帯域騒音モデル
  広帯域騒音モデルを利用することで、定常流解析の結果から音源を予測することが可能です。

流量プローブの流体構造片方向連成解析。
流体の流れによる圧力分布をAnsys FluentからAnsys Mechanicalへ転送し、相当応力や変形量を計算する解析例です。

血管内(動脈弁近傍)の流れ場解析事例のように、流体からの圧力により構造体が変形し、その変形が流れ場に影響を及ぼすケースがあります。
このように構造体の変形と流体挙動が相互に影響し合う問題では、双方向の流体-構造連成解析（双方向FSI）が必要となります。
Ansys Fluentでは、System Coupling機能を用いることで、Ansys Mechanicalと連成した双方向FSI解析を実施することが可能です。流体解析と構造解析を時間ステップごとに連成させることで、構造変形と流体挙動の相互作用を高精度に評価できます。
下図のような、Ansys FluentとAnsys Mechanicalを用いたダイアフラムポンプの双方向FSI解析が可能です。
 また、構造解析との連成だけでなく、WorkbenchのFeedback Iteratorコンポーネントシステムを使用することで、電磁場解析ツールのAnsys MaxwellやAnsys HFSSとの連成解析も可能です。

Ansys Fluentでは、C言語ベースの「ユーザー定義関数（UDF）」を用いて、標準機能では対応が難しい特殊な条件や独自モデルを実装することができます。温度に依存する非線形粘度、ユーザー独自の境界条件、ソース項の定義などにより、より現実現象に近い挙動を表現することが可能です。
また、ジャーナル機能を活用することで、解析条件の設定から計算実行、結果処理までの一連の操作をスクリプト化でき、解析作業の自動化や再現性の高いワークフロー構築が行えます。さらに、PythonインターフェースであるPyFluentを利用することで、PythonスクリプトによるAnsys Fluentの操作や他ツールとの連携が可能となり、より柔軟な解析自動化や拡張が実現します。 

Ansys Fluentは、マルチコアCPU、GPU、クラウドベースのHPC環境に対応しており、大規模モデルに対しても効率的な並列計算を実行できます。数十セルから〜億セル規模のメッシュを扱う解析においても、CPUコアの増加やGPUの活用により、スケーラブルな計算高速化が可能です。
これにより、設計・開発現場で「短期間で多くの解析を回す」というニーズにしっかり応える仕組みが整っています。
並列計算機能の詳細については、並列計算モジュールAnsys HPCをご確認ください。

Ansys Fluentは、解析結果の可視化からデータ出力までを網羅する、充実したポスト処理機能を備えています。

• 可視化機能
  コンター、ベクトル、流線、粒子追跡線など、多様なグラフィック表示により、流れ場や物理量の分布を直感的に把握できます。
• 分析・評価機能
  各種統計処理、プロット、レポート、FFTなどの機能を備えており、結果データを出力することが可能です。
• ユーザー定義出力
  ユーザー定義の出力変数を作成できます。
• 可視化ツールへのエクスポート
  Ansys EnSightおよびCFD-Postなどの可視化ツールへ解析結果をエクスポートでき、高度な可視化やアニメーション作成に活用できます。

Ansys Fluentは現在Ansys CFD Pro/Premium/Enterpriseライセンスでご利用いただけます。

• CFD Pro
  Ansys Fluentの基本的な流体解析機能を搭載した、機能制限付きライセンスです。比較的シンプルな単相の熱流体解析に適しています。
• CFD Premium
  Ansys Fluentの主要な解析機能を幅広く利用可能な上位ライセンスです。混相流、燃焼、粒子追跡、連成解析など、多くの実務用途に対応します。
  （CFX、Forte、EnSight、Discovery Modelingのソフトウェアも利用可能）
• CFD Enterprise
  Premiumの全機能に加え、Native GPUソルバーが利用可能な最上位ライセンスです。
  （Premiumで利用可能なソフトウェアに加え、Chemkin、Polyflow（全機能）も利用可能）

Ansys CFD Pro/Premium/Enterprise各ライセンスで利用可能なAnsys Fluentの機能および対応状況については、以下の機能対応表をご参照ください。

Ansys Fluentの機能紹介、モデル形状作成→メッシュ作成→ 解析条件設定→ 計算実行→結果処理といった一連の流体解析のワークフローをご紹介するセミナーを開催しております。
航空宇宙、エネルギー、製薬・ヘルスケア、建築産業といった様々な産業分野における活用例も多数ご紹介！Ansys Fluent の詳細が気になる方は、是非本セミナーにお申込ください。

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