COMSOL Multiphysics^® 6.1 リリースハイライト

Questions? Contact us:
support@comsol.com

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 6.1 は, 新しい DES (Detached Eddy Simulation) インターフェース, 多孔質ドメインでレイノルズ平均ナビエ・ストークス (RANS) 乱流モデルを使用する機能, および化学種輸送と反応を高マッハ数の流れと組み合わせてモデル化するためのインターフェースを提供します. 以下の CFD アップデートの詳細をお読みください.

DES インターフェース

新しい DES (Detached Eddy Simulation) インターフェースは, RANS と LES (Large Eddy Simulation) の間のハイブリッド手法を定式化します. RANS は境界層で使用され, LES は他の場所で使用されます. この方法の利点は, 純粋な LES と比較して, 必要な境界層メッシュの密度が低いことです. これにより, モデル方程式を解く際のメモリ要件と計算時間が大幅に削減されます. 場合によっては, この改善された計算パフォーマンスは, 精度へのわずかな影響で達成されます. DES インターフェースは, 残差ベースの変分マルチスケール (RBVM), 粘性を伴う残差ベースの変分マルチスケール (RBVMWV), または Smagorinsky を Spalart–Allmaras 乱流モデルと組み合わせます. Spalart–Allmaras の壁処理は, 低レイノルズ数または自動壁処理のいずれかです.

障害物上の流れ. (主な方向は左から右.) 固体壁に近いピンク色の領域 (上部と下部) は自動的に Spalart-Allmaras 乱流モデルを使用しますが, 他の場所では LES が使用されます.

多孔質媒体における RANS 乱流モデル

多くの系では, フィルターや触媒コンバーターなど, 開放ドメインと多孔性のドメインの組み合わせが含まれます. これらの系では, 開放ドメインと多孔質ドメインの両方で RANS 乱流モデルを使用することが有益な場合がよくあります. 多孔質中乱流モデルリストには, 3つの定式化オプションがあります. Nakayama-Kuwahara, Pedras-de Lemos, および Default (他の2つのモデルを組み合わせたもの) です. この機能は, 次のインターフェースで利用できるようになりました:

Turbulent Flow, k-ε
Turbulent Flow, Realizable k-ε
Turbulent Flow, Low Re k-ε
Turbulent Flow, k-ω
Turbulent Flow, SST
Turbulent Flow, v2-f

An air filter model showing the flow velocity in the Prism color table.

エアーフィルターの前部での流速と, フィルターを通過する流線の流速. 流線の色は圧力場を示しています. フィルターの背面は, 長方形のグリッド構造 (白) によって支持されています.

高マッハ数反応流インターフェース

化学種の輸送と反応を高マッハ数の流れと組み合わせてモデル化する機能が, 濃縮種と希釈種の両方で利用できるようになりました. モデルウィザードの化学種輸送ブランチの下にある高マッハ数反応流インターフェースには, 完全に圧縮可能な流れを, 希釈種輸送インターフェースまたは濃縮種輸送インターフェース (化学反応工学モジュールのライセンスが必要) と組み合わせる2つの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通常, 気相輸送と反応のモデル化に使用されます. さらに, 新しい機能により, 化学反応工学モジュールで利用可能な化学機能を使用して, 複雑な化学反応メカニズムを管理するオプションがあります.

A rocket model showing the concentration in the Prism color table.

ロケットは球状の溶質雲を通過します. 流れからの衝撃ダイヤモンドは, 雲の中の溶質の濃度に影響を与えます.

多相流カップリングのための多相材料

2相流 (レベルセット), 2層流 (フェーズフィールド), 3相流 (フェーズフィールド) マルチフィジックスカップリングの場合, ビルトインの混合則を使用して, 多相材料ノードから有効な材料特性を含めるオプションがあります. これは, これらのマルチフィジックスインターフェースを熱伝達や静電気などの他のフィジックスと連成する場合に特に効率的です. これは, 多相材料が非流体材料特性に適切な混合則を使用するためです. 古いバージョンでは, 各流体相の体積分率に基づいてユーザー定義式を記述し, 各フィジックスインターフェースで使用される有効な材料特性を計算する必要がありました.

テイラーコーンモデルの液体と空気の境界面. 液体は, 薄い流体-流体界面に作用する電場によって引き起こされる静電力によって変位します. 静電気インターフェースで使用される比誘電率は, 多相材料によって計算されます.

多孔質界面における新しいレベルセット

多孔質媒体インターフェースの新しいレベルセットには, 多孔質材料ノードで指定された多孔性の定義にリンクできる多孔質媒体機能が含まれています. この機能は, レベルセットインターフェースおよびブリンクマン方程式, 2相流 (レベルセット) マルチフィジックスインターフェースでも使用できます. これらの機能については, 新しいチュートリアルモデル Resin Transfer Molding of a Wind Turbine Blade をご覧ください.

The COMSOL Multiphysics UI showing the Model Builder with the Level Set Model subnode selected, the corresponding Settings window, and the Graphics window showing the wind turbine blade model.

多孔質媒体インターフェースのレベルセットの新しい多孔質材料機能.

非弾性非ニュートン材料特性グループ

利用可能なすべての非弾性非ニュートンモデルに, 専用の材料特性グループが追加されました. 各材料特性グループには, 必要なすべての材料パラメーターと見かけの粘度式が含まれています. 流体流れインターフェースからせん断速度を取得し, 同期則によって流体の動的粘度を定義します. したがって, 対応する材料特性グループをサブノードとして材料ノードに追加することにより, 非弾性非ニュートンモデルを直接選択することができます.

The COMSOL Multiphysics UI showing the Model Builder with the Phase 2 material selected, the corresponding Settings window, and the Graphics window showing the Rubber Injection Molding model.

フェーズノードの設定. 非ニュートンモデルが材料ノードで直接選択されていることに注意してください.

CFD のパフォーマンス改善

多くの CFD アプリケーションで使用されている対称結合ガウス・ザイデル (SCGS) 法が改善され, デフォルト設定が改善されました. 多くの場合, これにより CPU 時間が 30% 短縮されます. さらに, クラスター計算を使用したマルチグリッドソルバーのメモリ要件は, 最大 25% 削減されました.

A car model in pink showing the fluid–structure interaction.

COMSOL Multiphysics^® の流体構造相互作用機能を使用した, スポーツカーのサイドドアとミラーの風荷重のシミュレーション.

化学種輸送を伴う分散2相流

2相流における化学種輸送と反応をモデル化する機能は, 新しい分散2相流と化学種輸送インターフェースによって大幅に強化されています. この新しいマルチフィジックスインターフェースは, 連続液相内の液滴または気泡で構成される2つの相間の化学種輸送を記述します. この機能を使用して, 液液抽出やプロセス排気ガスのウェットスクラビングなどの分離プロセスをモデル化できます. このような2相システムは, バルクおよびファインケミカル産業の両方で一般的です.

薄障壁マルチフィジックスカップリング

多孔質媒体の多相流インターフェースには, 新しい薄障壁マルチフィジックス連成が含まれています. この機能はオプションであり, 層の厚さをメッシュ化することなく, すべての相の流れ場の抵抗として機能する薄い層を追加できます.

粘性言散逸の強化された熱壁関数

伝熱乱流設定の非等温流カップリングでは, RANS 乱流モデルに新しい熱壁関数設定を使用できます. 利用可能なオプションは2つあります. ほとんどの構成に適した標準と, 境界層での粘性散逸を考慮した壁での高粘性散逸です. これは, 内部の流れが速い場合, 特に狭い経路の場合や流体の粘性が非常に高い場合に, 正確な結果を得るために必要です.