COMSOL Multiphysics^® 6.0 リリースハイライト

CFDモジュールアップデート

CFDモジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics^® バージョン6.0は, 回転機械の流れをモデル化するためのインターフェース, ラージエディシミュレーションのための新機能, およびいくつかの新しいチュートリアルモデルを提供します. これらのアップデートについては以下をお読みください.

回転機械 (高マッハ数流れ)

新しいリリースでは, CFD モジュールにより回転機械における高マッハ数の流れの問題を定式化できます. 新しい回転機械 (高マッハ数流れ) ブランチには, 層流および乱流の運動量, 連続, およびエネルギー方程式を定義するフィジックスインターフェースが含まれています. 典型的な用途には, ターボ機械, プロペラ, ヘリコプターのローターのモデリングがあます.

A 3D model with two foils showing the flow field in the Rainbow color table.

高マッハ数の流れを回転させるためのベンチマーク問題からの2つの回転する3Dフォイルの周りの流れ場の可視化.

LES の自動壁処理

LES インターフェースでは, 壁近くの流れにあまり興味がない場合, 壁近くのメッシュをわずかに粗くすることができる自動壁処理が追加されました. これにより計算コストが大幅に削減されますが, LES を使用して壁から離れる流れ場の解の精度が必ずしも低下するわけではありません. 自動壁処理を使用して, 鋭いエッジからの分離をモデル化できます. これは境界層の層流から乱流への遷移が瞬時に行われるためです.

A sports car model showing the flow field with Rainbow streamlines.

LESの自動壁処理を用いたスポーツカー回りの流れ場のモデル.

LESの熱壁関数

流れが壁まで完全に解像されない場合, 熱伝達のための壁機能も使用する必要があります. COMSOL Multiphysics^® バージョン6.0では, 流れの自動壁処理と組み合わせて, LES で熱伝達の壁機能を使用できます. LES インターフェースで壁処理が自動に設定されている場合, 熱壁機能が自動的に追加されます. このアプローチは鋭いエッジからの分離と, 滑らかな表面に垂直な浮力のある分離に使用できます.

A 3D model showing thermal wall functions in the Heat Camera color table.

LESを使った自由対流および共役伝熱の熱壁関数.

流体ノイズの導入

ハイブリッド計算空力音響 (CAA) 法は, 流れに起因する騒音をモデル化するために導入されました. これは, 乱流源と音響方程式の間の一方向の連成に基づいています. この方法は, 音場から流れ場への逆結合が存在しないことを前提としています. 計算方法は, ライトヒルの音響アナロジー (波動方程式) の FEM 離散化に基づいています. この方程式の定式化により, 固定または振動する可能性のあるすべての固体の境界が暗黙的に考慮されるようになります. ライトヒルのアナロジーとより単純な空力音響波動方程式 (AWE) のアナロジーの2つの流れ誘起ノイズオプションが利用可能です.

新しい機能は, CFD モジュールを使用して分解されたラージエディシミュレーション (LES) 流体流れモデルと, 圧力音響 (周波数領域) の空力音響流れソースドメイン機能を連成することに依存しています. 連成は空力音響流れソースマルチフィジックスカップリングと, 専用の過渡マッピングスタディを使用して実現されます. この機能には音響モジュールが必要であることに注意してください.

The COMSOL Multiphysics UI showing the Model Builder with the Aeroacoustic Flow Source Coupling node highlighted, the corresponding Settings window, and a tandem cylinder model in the Graphics window.

複数のフィジックスインターフェースと機能を示すユーザーインターフェース画面: 圧力音響 (周波数領域) の空力音響流れソース機能, 空力音響流れソースカップリングマルチフィジックス, 過渡マッピング, FFT スタディステップ, および周波数領域スタディ. このモデルはタンデムシリンダーベンチマーク問題のシミュレーションです.

回転機械 (相輸送混合モデル)

ミキサーモジュールがある場合, 遠心力を使用して密度, サイズ, 形状で粒子を分別できる, 複数の分散相を持つ回転機械での相分離をシミュレートできるようになりました. 新しい回転機械 (相輸送混合モデル) ブランチには, これらのモデルの設定を容易にする事前定義されたマルチフィジックスインターフェースが含まれています. これらのインターフェースは, 沈降または浮選プロセスのために分離するいくつかの相の混合をシミュレートするためにも使用できます.

底が円錐形の回転容器内の重い粒子と軽い粒子の混合物の密度. 重い粒子は容器の外側の境界に沈殿物を形成しますが, 水と軽い粒子の混合物は容器の中央で連続的に圧縮されます.

混合タンク内の水と重い粒子と軽い粒子の混合物. 攪拌せずに軽い粒子 (赤いグラデーションのスライス) は上に浮き, 重い粒子 (青いグラデーションのスライス) は下に沈みます. 攪拌すると相が再び混合されます.

ブリンクマン方程式インターフェースの多孔質スリップ

多孔質媒体内の流れの境界層は非常に薄く, ブリンクマン方程式モデルで解くのは実用的でない場合があります. 新しい多孔質スリップ壁処理オプションを使用すると, 境界層の完全な流れプロファイルを解像せずに壁を考慮することができます. 代わりに応力条件が表面に適用され, 境界層速度プロファイルの漸近解を利用することにより, バルク流れに適切な精度が得られます. この機能はブリンクマン方程式インターフェース設定ウィンドウで有効化され, デフォルトの壁の状態に使用されます. この新機能はブリンクマン方程式で記述された地下水流を含み, モデル領域が大きいほとんどのモデルで使用できます.

A closeup view of the Model Builder with the Brinkman Equations node highlighted, the corresponding Settings window, and a porous reactor model in the Graphics window.

多孔質スリップオプションはブリンクマン方程式インターフェース設定ウィンドウで利用できます.

多孔質媒体中の熱伝導

多孔質媒体機能の熱伝達が改良され, よりユーザーフレンドリーになりました. 新しい多孔質媒体フィジックスエリアが伝熱ブランチの下で利用可能になり, 伝熱 (多孔質媒体) , 局所熱非平衡, および伝熱 (充填ベッド) インターフェースが含まれます. これらのインターフェースはすべて機能が似ていますが, 違いは, これらすべてのインターフェース内のデフォルトの多孔質媒体ノードで, 局所熱平衡, 局所熱非平衡, または充填ベッドの3つのオプションのいずれかが選択されていることです. 後者のオプションは上記で説明されており, 局所熱非平衡インターフェースがマルチフィジックスカップリングを置き換え, 1つは液相用, もう1つは固相用の2つの温度モデルに対応します. 典型的な用途は, 液相での強い対流と, 金属発泡体のように固相での高い伝導のために, 多孔質媒体の急速な加熱または冷却を伴う場合です. 局所熱非平衡インターフェースを選択すると, 多孔質媒体の構成に応じて有効な熱伝導率を定義するための新しい平均化オプションを利用できます.

加えて, ポスト処理変数は, 3種類の多孔質媒体の均質化された量に対して統一された方法で利用できます. これらの新しく追加された多孔質媒体は次の既存のチュートリアルモデルで示されています:

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多孔質媒体中非等温流れ

新しい非等温流 (ブリンクマン方程式) マルチフィジックスインターフェースは, 多孔質媒体内の熱伝達と流体の流れの間のカップリングを自動的に追加します. これは, 伝熱 (多孔質媒体), およびブリンクマン方程式インターフェースを組み合わせたものです. この新しい機能は Free Convection in a Porous Medium チュートリアルモデルで使われています.

A porous structure showing the temperature in the Heat Camera color table.

チュートリアルの例である多孔質媒体内の自然対流は, 新しい非等温流機能を利用しています. 温度勾配とそれに続く自然対流にさらされた多孔質構造の温度 (K).

多孔質媒体中の2相流

新しいマルチフィジックスインターフェースは, ブリンクマン方程式とレベルセットインターフェースを組み合わせ, 2相流 (レベルセット) カップリングノードを自動的に追加します. ブリンクマン方程式を使用して運動量の保存と質量の連続性を求解します. 多孔質媒体内の2つの非混和性流体間の界面はレベルセット関数で追跡されます.

Resin showed in the Aurora Australis color table, injecting into an empty mold model.

空の型への樹脂注入. 新しいインターフェースは注入界面を追跡するために使用されます. 金型には1つの入口と3つの出口があり, 中央に多孔質ブロックがあり, 最初は空気で満たされています.

各段に向上した多孔質材料の取扱い

多孔質材料は多孔質材料ノードの相固有特性テーブルで定義されるようになりました. さらに, サブノードは各フェーズに複数のサブノードを定義できるソリッドおよび流体機能に追加できます. これにより, 材料特性と設定を複製することなく, 流体流れ, 化学種輸送, および熱伝達に1つの同じ多孔質材料を使用できます.

A closeup view of the Model Builder with the Porous Material node highlighted, the corresponding Settings window, and a packed-bed reactor model in the Graphics window.

充填ベッドのマルチスケールモデルで例示されている多孔質材料の新しい材料ノード.

浅水方程式インターフェースのソース項

浅水方程式は, 深さに沿って平均化することにより, 浅水流の 1D または 2D 近似を与えます. モデル方程式のソース項として, 雨, 局所湧水, ポンプ装置, または境界応力を導入する必要があります. これは, 以前は方程式ビューで可能でしたが, 運動量と質量のソースを追加する機能が流れインターフェースで事前定義された設定として利用できるようになりました.

Vanka ソルバーの新しいシュア補行列法

Vanka ソルバーが, その行列ブロックの新しい近似因数分解法で拡張されています. ブロックソルバー法 (直接)(保存因数分解)を使用する場合, より大きなブロックにシューア補行列近似を使用する近似因数分解を使用するオプションがあります. この方法は, たとえば, 完全に発達した流入境界条件を持つ大規模な 3D 流体流モデルで発生するように, 大規模なブロックのメモリと CPU 時間を大幅に節約できます. この方法は Vanka ソルバーと, Vankaオプションが有効になっている SCGS ソルバーの両方から使用できま.

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