Pipe Flow Module

パイプネットワークの輸送現象と音響特性をモデル化するフトウェア

Pipe Flow Module

ステアリングホイール射出成形金型の冷却:非等温パイプ流は、金型とポリウレタン部品の熱伝達 シミュレーションと完全に連成しています。

すべてのプロセス変数を削減した計算リソース

パイプ流れモジュールは、パイプとチャネルネットワーク内の流量、熱と質量の移動、ハイドローリック過渡現象、音響特性をシミュレートします。このモジュールは、エンジンブロックの冷却パイプや容器に接続された供給チャネルと製品チャネルなど、大きなエンティティに対する配管の影響をモデル化するために、他の COMSOL® 製品スイートのどのモジュールとでも簡単に統合できます。このモジュールでは、配管ネットワークからなるプロセスのモデル化全体の計算リソースを変更せずに保全でき、一方では、これらのネットワーク内のプロセス変数の全体的な記述も検討できます。パイプ流れシミュレーションでは、速度、圧力、材料濃度、パイプやチャネル沿いの温度分布が得られ、音波伝搬やウォーターハンマー効果もシミュレートできます。

モデル化非圧縮性流量の枠組みに最適

パイプ流れモジュールは、流れが十分に成長すると思われるパイプとチャネル内の非圧縮性流のモデル化に最適です。このモジュールでは、エッジ沿いの接線平均速度成分を持つエッジ要素を使用します。これはパイプ断面を 2 次元メッシュや 3 次元メッシュでメッシュ化するのを回避するためです。すなわち、モデル化した変数はパイプ断面では平均化され、パイプの長さ方向にのみ変化します。ダルシー摩擦係数の組み込み式は、層流、乱流、ニュートン流体、非ニュートン流体、各種断面形状やジオメトリ、幅広い範囲の相対表面粗さ値など、流動の枠組み全体に適用できます。これらの式は、ネットワークにおけるそれぞれの位置によって異なるか、モデル化した変数に直接関係しています。

パイプ ネットワーク内の圧力損失における寄与要因は摩擦だけではありません。パイプ流れモジュールでは、屈曲、収縮、膨張、T 字接合、バルブの影響も考慮に入れます。これらは、業界標準の損失係数の豊富なライブラリで計算します。ポンプも流れ誘導装置として利用できます。COMSOL 製品スイートのすべてのフィジックスインタフェースと同様に、基本方程式は自由に操作でき、自分のソースやシンク条件を追加し、物理的特性を任意のモデル変数の関数として表現できます。COMSOL Multiphysics® では、データを取り込んで、一定の材料特性やプロセスパラメータを記述できるほか、MATLAB®で記述したサブルーチンも取り込めます。


事例紹介

  • 暖房システムでは、ポンド内を循環する流体を使用します。モデル化したのは、システムの温度プロファイルと圧力低下です。 暖房システムでは、ポンド内を循環する流体を使用します。モデル化したのは、システムの温度プロファイルと圧力低下です。
  • パイプ音響特性をプローブ管マイクの 3 次元圧力音響特性モデルと連成しました。 パイプ音響特性をプローブ管マイクの 3 次元圧力音響特性モデルと連成しました。
  • ウォーターハンマー効果を引き起こした、バルブを突然締めたあとのパイプ内の圧力過渡現象。 ウォーターハンマー効果を引き起こした、バルブを突然締めたあとのパイプ内の圧力過渡現象。
  • Ground heat recovery is an energy efficient method to supply houses with heat, where heat collectors exist in a subsurface environment. This model compares different patterns embedded in the subsurface with typical thermal properties of an uppermost soil layer in a garden. Ground heat recovery is an energy efficient method to supply houses with heat, where heat collectors exist in a subsurface environment. This model compares different patterns embedded in the subsurface with typical thermal properties of an uppermost soil layer in a garden.
  • Underfloor heating and cooling is a form of central heating and cooling which achieves indoor climate control for thermal comfort using conduction, radiation and convection. It delivers more uniform heating to a room than convector fans or wall radiators would. This app simulates the balance between temperature requirements and pressure drop (running costs) together with construction and material costs (fixed costs) for different floor materials and and dimensions. Underfloor heating and cooling is a form of central heating and cooling which achieves indoor climate control for thermal comfort using conduction, radiation and convection. It delivers more uniform heating to a room than convector fans or wall radiators would. This app simulates the balance between temperature requirements and pressure drop (running costs) together with construction and material costs (fixed costs) for different floor materials and and dimensions.

パイプ流れを他の物理特性や用途に連成

パイプ流れモジュールにおける物理特性は、パイプまたはチャネルシステム内の流体の運動量、エネルギー、質量の保存値を記述します。これらのシステムは、パイプ流れモジュールの近似化手法では記述できない他のシステムと簡単に連成できます。ただし、システムの物理特性を 2 次元または 3 次元ですべて記述する必要があります。パイプ流れモジュールでは、エッジから表面、および体積にデータをマップできます。その逆も可能です。すなわち、パイプネットワーク内の流動や熱伝達は完全なメッシュ化 3 次元容器など、それが発生している場所と連成でき、同時に解決するわけです。さらに、COMSOL 製品スイートのどの物理特性ベースの製品もそうですが、この連成は、異なる物理特性定式化の間でも発生することができるので、熱応力などの特性 (たとえば冷却チャネル装備のエンジンブロック内の熱応力) は簡単に解決できます。

パイプ流れモジュールは、熱移動と質量移動、そして化学的反応専用のフィジックスインタフェースが特長です。パイプネットワークは、たとえば、3 次元の固体領域に埋め込むことができます。.熱伝達の場合、モジュールは、パイプ方程式ではソースまたはシンクとして表現する 3 次元領域との連成による寄与も含めてパイプシステム内のエネルギー収支を計算します。計算は、2 次元または 3 次元の固体材料との連成をグラフィカルユーザーインタフェース (GUI) に立ち上げてフード下で自動的に行われ、そこではパイプ流れモジュールに組み込まれている周囲の環境、パイプ材料、パイプ壁の厚さとの強制対流や自然対流に利用できる相関を選択できます。材料輸送ベースのフィジックスインタフェースは、パイプ流れの記述と連成されている間に、拡散、対流、分散、化学的反応を考慮しながらパイプシステムとの質量収支を解決します。

ウォーターハンマー解析とパイプ音響特性の物理特性

パイプ流れモジュールは、流体と高壁の両方の弾性特性を考慮に入れて、急速なハイドローリック過渡現象による圧縮性流をモデル化します。これらの効果は、バルブを急速に閉じると発生します。別名ウォーターハンマー効果と言います。

柔軟パイプによる音波の伝搬も、これらのネットワークの設計、計画、構築の寄与要因です。音響モジュールと組み合わせると、パイプ流れモジュールで、周波数領域と時間領域両方の音響特性解析ができます。 パイプ流れモジュールで解決する物理特性は、パイプネットワーク内の他のどの物理特性や、ネットワークを取り囲むシステム内の物理特性ともシームレスに連成できます。

さまざまな産業に貢献するパイプ流れシミュレーション

パイプ流れモジュールは、流動、質量、熱伝達、音波が伝播する、あらゆるタイプのパイプやチャネルネットワークのモデル化に最適です。対象は、化学プロセス業界の工場の配管システム、発電所、製油所、石油パイプラインや水パイプライン、換気システム、エンジンの冷却システム、タービンです。さらに、COMSOL Multiphysics とそのアドオン製品スイートで実施するモデル化にとって強力な味方です。それらの作業には、込み入って統合されたタービン内の冷却システム、金型、鋳造、熱交換器の最適化、ビルの換気システムの計画、地熱暖房システムの設計があります。

本書に記載された商標はすべてそれぞれの所有者の財産であり、COMSOL AB とその子会社および製品は、それらの商標の所有者の系列ではなく、それらの商標の所有者による承認、資金提供、あるいは支援を受けていません。以上の商標の所有者の一覧については、 http://www.comsol.com/tm を参照してください。

Convective Flow in a Heat Exchanger Plate

Water Hammer

Geothermal Heating from a Pond Loop

Cooling of an Injection Mold

Insulation of a Pipeline Section

Probe Tube Microphone

Gas Box Designer

Discharging Tank