JP2007286955A - Computing apparatus, behavior simulation method, and program thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計算装置、挙動シミュレーション方法及びそのプログラムに関し、特に、容器内の粒子の運動状態を数値計算により求める計算装置、挙動シミュレーション方法及びそのプログラムに関する。 The present invention relates to a calculation device, a behavior simulation method, and a program thereof, and more particularly, to a calculation device, a behavior simulation method, and a program thereof that obtain a motion state of particles in a container by numerical calculation.
従来より、印刷トナー容器内粒子の挙動シミュレーションを行う計算装置が知られている。具体的には、粒子粒子間、粒子攪拌機関の応力から粒子の混合状態について数値計算を行い、容器内粒子が受ける力を帯電量と粒子位置から求め、時間発展を求める。すなわち、いわゆる差分法により印刷トナー容器内粒子の挙動シミュレーションを行う方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来の計算装置は、印刷トナーが乾式トナーであるときのシミュレーションを行うものであるため、容器内粒子の運動に流体による効果が入らないという問題がある。特に、容器内粒子が受ける力の計算に粒子速度が用いられていないため、容器内粒子の運動に流体の効果が無視できない系においては、容器内粒子の挙動シミュレーションの精度が悪くなる傾向がある。 However, since the conventional calculation device performs a simulation when the printing toner is a dry toner, there is a problem that the effect of the fluid does not enter the movement of the particles in the container. In particular, since the particle velocity is not used to calculate the force applied to the particles in the container, the accuracy of the behavior simulation of the particles in the container tends to deteriorate in a system in which the effect of fluid on the movement of the particles in the container cannot be ignored. .
本発明の目的は、容器内の粒子の挙動シミュレーションを精度よく行うことができる計算装置、挙動シミュレーション方法及びそのプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a calculation device, a behavior simulation method, and a program thereof that can accurately perform the behavior simulation of particles in a container.
上記目的を達成するために、請求項１記載の計算装置は、容器内の流体中に分散する粒子の挙動シミュレーションを行う計算装置であって、前記容器内の領域を数値計算対象領域とし、当該数値計算対象領域を前記粒子よりも小さい空間要素に分割する領域分割手段と、現在時刻における前記粒子の位置・速度に基づいて、前記粒子が受ける力を算出する力算出手段と、前記算出された前記粒子が受ける力を前記粒子に対応する前記空間要素に設定する設定手段と、前記粒子及び前記流体を一体の流体として前記現在時刻から微小時間の間の流体計算を行う流体計算手段と、前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記一体の流体の速度分布を算出する速度分布算出手段と、前記算出された速度分布のうち、前記粒子に対応する空間要素の速度を加重平均して前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記粒子の速度を算出する粒子速度算出手段と、前記算出された粒子速度から前記微小時間経過後の前記粒子の位置を算出する粒子位置算出手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a calculation device according to claim 1 is a calculation device for simulating behavior of particles dispersed in a fluid in a container, wherein the region in the container is a numerical calculation target region, and An area dividing means for dividing the numerical calculation target area into smaller spatial elements than the particles, a force calculating means for calculating the force received by the particles based on the position / velocity of the particles at the current time, and the calculated Setting means for setting the force received by the particles in the space element corresponding to the particles, fluid calculation means for performing fluid calculation between the current time and a minute time with the particles and the fluid as an integral fluid, A velocity distribution calculating means for calculating a velocity distribution of the integrated fluid after a lapse of a minute time from a current time; and a velocity of a spatial element corresponding to the particle in the calculated velocity distribution A particle velocity calculating means for calculating a velocity of the particle after the lapse of the minute time from the current time, and a particle position for calculating the position of the particle after the lapse of the minute time from the calculated particle velocity. And a calculating means.
上記目的を達成するために、請求項７記載の挙動シミュレーション方法は、容器内の流体中に分散する粒子の挙動シミュレーションを行う挙動シミュレーション方法であって、前記容器内の領域を数値計算対象領域とし、当該数値計算対象領域を前記粒子よりも小さい空間要素に分割する領域分割ステップと、現在時刻における前記粒子の位置・速度に基づいて、前記粒子が受ける力を算出する力算出ステップと、前記算出された前記粒子が受ける力を前記粒子に対応する前記空間要素に設定する設定ステップと、前記粒子及び前記流体を一体の流体として前記現在時刻から微小時間の間の流体計算を行う流体計算ステップと、前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記一体の流体の速度分布を算出する速度分布算出ステップと、前記算出された速度分布のうち、前記粒子に対応する空間要素の速度を加重平均して前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記粒子の速度を算出する粒子速度算出ステップと、前記算出された粒子速度から前記微小時間経過後の前記粒子の位置を算出する粒子位置算出ステップとを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the behavior simulation method according to claim 7 is a behavior simulation method for simulating the behavior of particles dispersed in a fluid in a container, wherein the region in the container is a numerical calculation target region. A region dividing step of dividing the numerical calculation target region into spatial elements smaller than the particle, a force calculating step of calculating a force received by the particle based on a position / velocity of the particle at a current time, and the calculation A setting step for setting the force received by the particles in the spatial element corresponding to the particles, and a fluid calculation step for performing fluid calculation between the current time and a minute time with the particles and the fluid as an integral fluid; A velocity distribution calculating step for calculating a velocity distribution of the integral fluid after the minute time has elapsed from the current time; and the calculation A particle velocity calculating step of calculating a velocity of the particle after the minute time has elapsed from the current time by weighted averaging the velocity of the spatial element corresponding to the particle in the calculated velocity distribution, and the calculated particle velocity To a particle position calculating step for calculating the position of the particle after the minute time elapses.
上記目的を達成するために、請求項８記載のプログラムは、容器内の流体中に分散する粒子の挙動シミュレーションを行う挙動シミュレーション方法をコンピュータにより実行させるプログラムであって、前記容器内の領域を数値計算対象領域とし、当該数値計算対象領域を前記粒子よりも小さい空間要素に分割する領域分割モジュールと、現在時刻における前記粒子の位置・速度に基づいて、前記粒子が受ける力を算出する力算出モジュールと、前記算出された前記粒子が受ける力を前記粒子に対応する前記空間要素に設定する設定モジュールと、前記粒子及び前記流体を一体の流体として前記現在時刻から微小時間の間の流体計算を行う流体計算モジュールと、前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記一体の流体の速度分布を算出する速度分布算出モジュールと、前記算出された速度分布のうち、前記粒子に対応する空間要素の速度を加重平均して前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記粒子の速度を算出する粒子速度算出モジュールと、前記算出された粒子速度から前記微小時間経過後の前記粒子の位置を算出する粒子位置算出モジュールとを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a program according to claim 8 is a program for causing a computer to execute a behavior simulation method for simulating the behavior of particles dispersed in a fluid in a container, wherein the area in the container is expressed numerically. An area division module that divides the numerical calculation target area into spatial elements smaller than the particles, and a force calculation module that calculates the force received by the particles based on the position / velocity of the particles at the current time And a setting module for setting the calculated force received by the particles in the space element corresponding to the particles, and performing fluid calculation between the current time and a minute time using the particles and the fluid as an integral fluid. A fluid calculation module; and a velocity distribution of the integrated fluid after the minute time has elapsed from the current time. A velocity distribution calculation module, and a particle velocity calculation module that calculates a velocity of the particles after the minute time has elapsed from the current time by weighted averaging the velocity of the spatial element corresponding to the particles in the calculated velocity distribution And a particle position calculation module for calculating the position of the particle after the minute time elapses from the calculated particle velocity.
本発明によれば、容器内の流体中に分散する粒子の挙動シミュレーションを行う際に、容器内の領域を数値計算対象領域とし、この数値計算対象領域を粒子よりも小さい空間要素に分割し、現在時刻から微小時間経過までの間の粒子の運動状態の数値計算を行う際に、現在時刻における粒子の位置・速度に基づいて、その粒子が受ける力を算出し、その算出された粒子が受ける力を、その粒子に対応する上記空間要素に設定し、粒子及び流体を一体の流体として現在時刻から微小時間の間の流体計算を行い、微小時間後の上記一体の流体の速度分布を算出し、その算出された速度分布のうち、粒子に対応する空間要素の速度を加重平均して現在時刻から微小時間経過後の粒子の速度を算出し、算出された粒子速度から上記微小時間経過後の粒子の位置を算出するので、容器内の粒子の挙動シミュレーションを精度よく行うことができる。 According to the present invention, when performing the behavior simulation of particles dispersed in the fluid in the container, the region in the container is set as a numerical calculation target region, and the numerical calculation target region is divided into spatial elements smaller than the particles, When numerically calculating the motion state of a particle from the current time to the lapse of a minute time, the force received by the particle is calculated based on the position and velocity of the particle at the current time, and the calculated particle receives The force is set in the spatial element corresponding to the particle, and the fluid is calculated from the current time to the minute time with the particle and the fluid as the integral fluid, and the velocity distribution of the integral fluid after the minute time is calculated. In the calculated velocity distribution, the velocity of the spatial element corresponding to the particle is weighted and averaged to calculate the velocity of the particle after the lapse of a minute time from the current time, and from the calculated particle velocity after the lapse of the minute time. grain Since calculating the position, it is possible to perform the behavior simulation of the particles in the container accurately.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本実施の形態に係る挙動シミュレーション方法に用いられる数値計算対象領域を概略的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a numerical calculation target region used in the behavior simulation method according to the present embodiment.
図１において、数値計算対象領域１は、容器内の流体４中に分散する粒子５の挙動シミュレーションを行う、図４につき後述する計算装置としてのコンピュータ１００において、差分法を用いて粒子５の運動状態の時間発展を行うのに用いられる領域である。具体的には、数値計算対象領域１は、流体４と、流体４中に分散する粒子５と、流体４及び粒子５の存在しない領域３とを備える。この数値計算対象領域１の大きさは流体４及び粒子５を含む容器の大きさを示すものであり、ユーザの入力データに基づいて設定される。また、流体４及び粒子５の物理量の値もユーザの入力データに基づいて設定される。 In FIG. 1, a numerical calculation target region 1 is a computer 100 as a calculation device which will be described later with reference to FIG. 4, which performs a behavioral simulation of particles 5 dispersed in a fluid 4 in a container. It is an area used for time evolution of states. Specifically, the numerical calculation target region 1 includes a fluid 4, particles 5 dispersed in the fluid 4, and a region 3 in which the fluid 4 and the particles 5 do not exist. The size of the numerical calculation target region 1 indicates the size of the container containing the fluid 4 and the particles 5, and is set based on user input data. Further, the values of the physical quantities of the fluid 4 and the particles 5 are also set based on user input data.
また、数値計算対象領域１は、粒子５の大きさより小さい空間要素２で分割されている。この空間要素２の大きさも、ユーザの入力データに基づいて設定される。 The numerical calculation target area 1 is divided by spatial elements 2 smaller than the size of the particles 5. The size of the space element 2 is also set based on user input data.
後述する図３の処理で算出される粒子５が受ける力は、粒子５に対応する空間要素２に設定する。ここで、空間要素２の１つである領域７のように、粒子５が空間要素２の全てを覆っていれば粒子５が受ける力をその空間要素２に設定すればよい。しかし、空間要素２の１つである領域６のように、粒子５が空間要素２の一部を覆っている場合はその割合に応じて粒子５が受ける力を設定する。これにより、粒子５を流体と見做すことができ、図２に示すように、数値計算対象領域１中の粒子５が移動をしているときに、粒子５と流体４と一体として流体計算を行うことができる。 The force received by the particle 5 calculated in the process of FIG. 3 to be described later is set in the spatial element 2 corresponding to the particle 5. Here, if the particle 5 covers the entire space element 2 as in the region 7 which is one of the space elements 2, the force received by the particle 5 may be set in the space element 2. However, when the particle 5 covers a part of the space element 2 as in the region 6 which is one of the space elements 2, the force received by the particle 5 is set according to the ratio. Thereby, the particle 5 can be regarded as a fluid. As shown in FIG. 2, when the particle 5 in the numerical calculation target region 1 is moving, the fluid calculation is performed integrally with the particle 5 and the fluid 4. It can be performed.
また、各空間要素２に設定する力はこの流体計算で用いられる式に応じて必要があれば粒子体積で割った値を設定する。さらに、上記流体計算の式に応じて必要があれば粒子５に対応する空間要素２に粒子５に対応する物理量を設定する。この場合設定する物理量としては、粒子５の質量に応じた値が挙げられる。 The force set for each spatial element 2 is set to a value divided by the particle volume if necessary according to the formula used in the fluid calculation. Further, if necessary, a physical quantity corresponding to the particle 5 is set in the space element 2 corresponding to the particle 5 according to the above fluid calculation formula. In this case, the physical quantity to be set includes a value corresponding to the mass of the particle 5.
このとき同時に、流体４に対応する空間要素２に、流体４に対応する物理量（例えば流体４の質量）を設定してもよい。この場合、粒子５に対応する領域の粘性・質量密度を流体４のそれらとは異なる値に設定するのが望ましい。 At the same time, a physical quantity corresponding to the fluid 4 (for example, the mass of the fluid 4) may be set in the spatial element 2 corresponding to the fluid 4. In this case, it is desirable to set the viscosity and mass density of the region corresponding to the particles 5 to values different from those of the fluid 4.
尚、図２では、粒子５のみが移動し、流体４自体は移動しない場合を示しているが、容器内で粒子５のみならず、流体４も移動する点を粒子５の挙動シミュレーションを行うにあたり考慮するようにしてもよい。 FIG. 2 shows a case where only the particles 5 move and the fluid 4 itself does not move. However, in the behavior simulation of the particles 5, not only the particles 5 but also the fluid 4 moves in the container. You may make it consider.
図３は、図１における粒子５の運動状態計算処理の手順を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the motion state calculation process of the particles 5 in FIG.
図３において、まず、微小時間Δｔ、粒子５の物理量及び流体４の物理量、総計算時間Ｔａｌｌ等の入力データを読み込み（ステップＳ１００）、現在時刻Ｔ等の変数の初期化を行う（ステップＳ１０１）。本実施の形態では、現在時刻Ｔの初期値は０とする。 In FIG. 3, first, input data such as the minute time Δt, the physical quantity of the particle 5 and the physical quantity of the fluid 4, and the total calculation time T all are read (step S100), and variables such as the current time T are initialized (step S101). ). In the present embodiment, the initial value of the current time T is 0.
次に、現在時刻Ｔでの粒子５が受ける力の計算を、現在時刻Ｔにおける粒子５の位置及び速度に基づいて行う（ステップＳ１０２）。ここで、現在時刻Ｔにおける粒子５の位置及び速度としては、本処理開始直後の処理ではステップＳ１００でユーザ入力された値又はステップＳ１０１で初期化された値が用いられる。しかし、それ以降の処理では、このフローチャートの前回のループにおいて後述するステップＳ１０８で出力された粒子５の位置及び速度の値が用いられる。 Next, the force received by the particle 5 at the current time T is calculated based on the position and velocity of the particle 5 at the current time T (step S102). Here, as the position and velocity of the particle 5 at the current time T, the value input by the user in step S100 or the value initialized in step S101 is used in the process immediately after the start of this process. However, in the subsequent processing, the position and velocity values of the particles 5 output in step S108 described later in the previous loop of this flowchart are used.
その後、粒子５が受ける力を粒子５に対応する空間要素２に設定する（ステップＳ１０３）。これにより、粒子５を流体と見做すことができ、この粒子５と流体４とを一体の流体（以下「流体４’」という）と仮定して、以下のステップＳ１０４における数値計算対象領域１の流体計算を行うことができる。 Thereafter, the force received by the particle 5 is set in the spatial element 2 corresponding to the particle 5 (step S103). As a result, the particle 5 can be regarded as a fluid. The particle 5 and the fluid 4 are assumed to be an integral fluid (hereinafter referred to as “fluid 4 ′”), and the numerical calculation target region 1 in step S104 below is assumed. The fluid calculation can be performed.
ステップＳ１０３の設定が終了した後、Ｔ〜Ｔ＋Δｔの間の流体計算を数値計算対象領域１の流体４’について行う（ステップＳ１０４）。ここで用いられる流体計算方法はＭＡＣ法・ＳＩＭＰＬＥ法など流体の数値解析手法として公知の方法を用いればよい。 After the setting in step S103 is completed, fluid calculation between T and T + Δt is performed for the fluid 4 'in the numerical calculation target region 1 (step S104). As a fluid calculation method used here, a known method may be used as a fluid numerical analysis method such as a MAC method or a SIMPLE method.
その後、Ｔ＋Δｔにおける流体４’の速度分布を算出する（ステップＳ１０５）。また、算出された速度分布のうち、粒子５に対応する空間要素２の速度分布を加重平均し、Ｔ＋Δｔにおける粒子５の速度を算出する（ステップＳ１０６）。さらに、その粒子速度からＴ＋Δｔにおける粒子５の位置を算出する（ステップＳ１０７）。 Thereafter, the velocity distribution of the fluid 4 'at T + Δt is calculated (step S105). In addition, among the calculated velocity distributions, the velocity distribution of the spatial element 2 corresponding to the particles 5 is weighted and averaged to calculate the velocity of the particles 5 at T + Δt (step S106). Further, the position of the particle 5 at T + Δt is calculated from the particle velocity (step S107).
上記算出された粒子５の速度及び位置のデータを出力する出力処理を行い（ステップＳ１０８）、現在時刻Ｔの値をＴ＋Δｔの値に更新する（ステップＳ１０９）。 Output processing for outputting the calculated velocity and position data of the particles 5 is performed (step S108), and the value of the current time T is updated to the value of T + Δt (step S109).
上記更新後の現在時刻Ｔが、ステップＳ１００で読み込んだ総計算時間Ｔａｌｌの値未満であるときは（ステップＳ１１０でＮＯ）、ステップＳ１０２からの処理を繰り返す。一方、上記総計算時間Ｔａｌｌの値以上であるときは（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、そのまま本処理を終了する。 When the updated current time T is less than the total calculation time T all read in step S100 (NO in step S110), the processing from step S102 is repeated. On the other hand, when it is equal to or longer than the total calculation time T all (YES in step S110), the present process is terminated as it is.
本処理によれば、現在時刻Ｔに算出された粒子５が受ける力を粒子５に対応する空間要素２に設定し（ステップＳ１０３）、Ｔ〜Ｔ＋Δｔの間の流体４’（粒子５と流体４を一体とみなした流体）の流体計算を行う（ステップＳ１０４）。その後、Ｔ＋Δｔにおける粒子５の速度及び位置を算出・出力する（ステップＳ１０５〜Ｓ１０８）。その後、現在時刻Ｔの値をＴ＋Δｔの値に更新して(ステップＳ１０９)、ステップＳ１０３〜Ｓ１０８の数値計算処理を繰り返す。これにより、容器内の粒子、より具体的には、数値計算対象領域１にある流体４中の粒子５の挙動シミュレーションを精度よく行うことができる。 According to this process, the force received by the particle 5 calculated at the current time T is set in the space element 2 corresponding to the particle 5 (step S103), and the fluid 4 ′ (particle 5 and fluid 4 between T and T + Δt) is set. The fluid calculation is performed for a fluid that is regarded as one (step S104). Thereafter, the velocity and position of the particle 5 at T + Δt are calculated and output (steps S105 to S108). Thereafter, the value of the current time T is updated to the value of T + Δt (step S109), and the numerical calculation processing of steps S103 to S108 is repeated. Thereby, the behavior simulation of the particles in the container, more specifically, the particles 5 in the fluid 4 in the numerical calculation target region 1 can be accurately performed.
図３のステップＳ１０２で粒子５が受ける力として計算される値としては、数値計算対象領域１中の流体４の加速度と粒子５の質量の積に依存した力や、粒子５の電荷及び電場の積に依存した力が挙げられる。さらには、粒子５と別の粒子との距離と相対速度に依存した力や、及び粒子５と計算領域中に設定された固体領域との距離と粒子５の速度に依存した力が挙げられる。本実施の形態では、これら４つのうちの少なくとも１つが含まれるように計算される。 As the value calculated as the force received by the particle 5 in step S102 of FIG. 3, the force depending on the product of the acceleration of the fluid 4 in the numerical calculation target region 1 and the mass of the particle 5, the charge of the particle 5 and the electric field The power depends on the product. Furthermore, a force depending on the distance and relative velocity between the particle 5 and another particle, and a force depending on the distance between the particle 5 and the solid region set in the calculation region and the velocity of the particle 5 may be mentioned. In the present embodiment, calculation is performed so that at least one of these four is included.
ここで、数値計算対象領域１の加速度とは、数値計算対象領域１中で流体４’が移動するように設定した場合に、その移動に伴う加速度である。例えば、重力の影響を考慮して上記計算処理を実行する場合は、その加速度は重力加速度となる。また、粒子５の帯電を考慮して上記計算処理を実行する場合は、数値計算対象領域１には電場が形成されるので、帯電した粒子５が受けるクーロン力（粒子５の電荷及び数値計算対象領域１の電場の積）を粒子５が受ける力に含むように設定するのが望ましい。 Here, the acceleration of the numerical calculation target region 1 is an acceleration accompanying the movement when the fluid 4 ′ is set to move in the numerical calculation target region 1. For example, when the calculation process is executed in consideration of the influence of gravity, the acceleration is a gravitational acceleration. In addition, when the above calculation process is executed in consideration of the charging of the particles 5, an electric field is formed in the numerical calculation target region 1, so that the Coulomb force (charge of the particles 5 and the target of numerical calculation) It is desirable to set so that the product of the electric field of the region 1) is included in the force received by the particles 5.
また、容器内の粒子間の影響を考慮して上記計算処理を実行する場合は、一方の粒子が受ける力に、他方の粒子の位置と速度に依存する力を含むように設定するのが好ましい。例えば２つの粒子が互いに接触している場合、それぞれの粒子が離れる方向の力を含むのが望ましい。また、例えば、２つの粒子が、それらの位置と速度から微小時間中に接触することが予測される場合、一方の粒子が受ける力として、他方の粒子を離す方向の力を含むのが望ましい。 Further, when the calculation process is executed in consideration of the influence between particles in the container, it is preferable to set the force received by one particle to include a force depending on the position and speed of the other particle. . For example, when two particles are in contact with each other, it is desirable to include a force in a direction in which each particle separates. In addition, for example, when two particles are predicted to come into contact in a minute time from their positions and velocities, it is desirable that the force received by one particle includes a force in the direction of separating the other particle.
このように設定することにより、流体中の粒子の挙動シミュレーションをより高精度に行うことができる。 By setting in this way, the behavioral simulation of particles in the fluid can be performed with higher accuracy.
同様に数値計算対象領域内に固体領域を設定する場合、その固体領域と粒子の距離及び速度から粒子が受ける力を求めるのが望ましい。これにより、例えば容器内に粒子攪拌機関等が設置されている場合の流体中の粒子の挙動シミュレーションをより高精度に行うことができる。 Similarly, when a solid region is set in the numerical calculation target region, it is desirable to obtain the force that the particle receives from the distance and velocity between the solid region and the particle. Thereby, for example, when a particle agitation engine or the like is installed in the container, a behavioral simulation of particles in the fluid can be performed with higher accuracy.
また、粒子が受ける力を式１により求めても良い。ここで、Ｇｉはｉ番目の粒子が受ける力である。Ｆｉはｉ番目の粒子が受ける力の関数であり粒子の位置ｒの関数である。ｒｊは式２により求める。関数Ｆは粒子の位置ｒの関数であれば特に限定しない。Ｆｉ（ｒｊ）の値は正でもよいし負でも良い。これにより粒子相互の引力・斥力相互作用を考慮した数値計算が可能となる。 Further, the force received by the particles may be obtained by Equation 1. Here, Gi is the force received by the i-th particle. Fi is a function of the force received by the i-th particle and a function of the position r of the particle. rj is obtained from Equation 2. The function F is not particularly limited as long as it is a function of the particle position r. The value of Fi (rj) may be positive or negative. This makes it possible to perform numerical calculations that take into account the attractive and repulsive interactions between particles.
ここで、ｒ０はｉ番目の粒子の位置、νｉはｉ番目の粒子の速度、ｄｔは微小時間のｎ分の１の値、ｍｉはｉ番目の粒子の質量、νｊはｊ番目の粒子の速度、ν’は粒子速度の時間微分値である。 Here, r 0 is the position of the i-th particle, the speed of the [nu i is the i-th particle, dt is a value of 1 n of the short time, the mass of m i is the i-th particle, [nu j is j-th The particle velocity ν ′ is the time derivative of the particle velocity.
図４は、本発明の実施の形態に係る計算装置としてのコンピュータの構成を概略的に示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of a computer as a computing device according to an embodiment of the present invention.
本実施の形態に係る計算装置は、図４に示すコンピュータ１００により実現される。図４において、ＣＰＵ１０１は、プログラムに基づいて各種処理を実行し、装置各部を制御する。表示装置１０２は処理結果を表示する。入力装置１０３は、キーボードやマウスなどを備え、コマンドやデータを入力する。１次記憶装置１０４は、ＲＡＭなどで構成され、ワークメモリとして利用される。２次記憶装置１０５は、ＨＤやＦＤなどの不揮発記憶媒体を用いてデータやプログラムを記憶する。通信装置１０６は、専用通信回線やインターネットなどを介して他の装置とデータを送受信する。内部バス１０７は上述した装置各部を接続する。 The computing device according to the present embodiment is realized by a computer 100 shown in FIG. In FIG. 4, a CPU 101 executes various processes based on a program and controls each part of the apparatus. The display device 102 displays the processing result. The input device 103 includes a keyboard and a mouse, and inputs commands and data. The primary storage device 104 is configured by a RAM or the like, and is used as a work memory. The secondary storage device 105 stores data and programs using a nonvolatile storage medium such as HD or FD. The communication device 106 transmits / receives data to / from other devices via a dedicated communication line or the Internet. An internal bus 107 connects the above-described units of the device.
２次記憶装置１０５には、図３のフローチャートにつき説明した処理手順を実現するプログラムが格納されている。このプログラムは、通信装置１０６から受信するようにしてもよい。このプログラムは、２次記憶装置１０５又は通信装置１０６から１次記憶装置１０４にロードされ、ＣＰＵ１０１により実行される。また、処理対象となるデータも、２次記憶装置１０５又は通信装置１０６から読み込まれるものとする。 The secondary storage device 105 stores a program for realizing the processing procedure described with reference to the flowchart of FIG. This program may be received from the communication device 106. This program is loaded from the secondary storage device 105 or the communication device 106 to the primary storage device 104 and executed by the CPU 101. It is also assumed that data to be processed is read from the secondary storage device 105 or the communication device 106.
なお、本発明の目的は、上記実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。 An object of the present invention is to supply a storage medium storing software program codes for realizing the functions of the above embodiments to a system or apparatus, and a computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus stores the storage medium. It is also achieved by reading out and executing the program code stored in.
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードおよび該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。 In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiment, and the program code and the storage medium storing the program code constitute the present invention.
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ＰＣＭＣＩＡカードやコンパクトフラッシュ（登録商標）等のメモリカード、ハードディスク、マイクロＤＡＴ、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲやＣＤ−ＲＷ等の光ディスク、ＤＶＤ等の相変化型光ディスク等で構成されてもよい。また、プログラムコードを、ネットワークを介してダウンロードしてもよい。 Examples of the storage medium for supplying the program code include a ROM, a floppy (registered trademark) disk, a memory card such as a PCMCIA card and a compact flash (registered trademark), a hard disk, a micro DAT, a magneto-optical disk, a CD-R, and the like. You may comprise with optical disks, such as CD-RW, phase change type optical disks, such as DVD. The program code may be downloaded via a network.
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることはいうまでもない。 Further, by executing the program code read by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an OS (operating system) running on the computer based on the instruction of the program code. It goes without saying that a case where the function of the above-described embodiment is realized by performing part or all of the actual processing and the processing is included.
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。 Further, after the program code read from the storage medium is written to a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function expansion is performed based on the instruction of the program code. This includes a case where the CPU or the like provided in the board or the function expansion unit performs part or all of the actual processing and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.
１ 数値計算対象領域
２ 空間要素
４ 流体
５ 粒子
1 Numerical calculation target area 2 Spatial element 4 Fluid 5 Particle
Claims (8)
前記容器内の領域を数値計算対象領域とし、当該数値計算対象領域を前記粒子よりも小さい空間要素に分割する領域分割手段と、現在時刻における前記粒子の位置・速度に基づいて、前記粒子が受ける力を算出する力算出手段と、前記算出された前記粒子が受ける力を前記粒子に対応する前記空間要素に設定する設定手段と、前記粒子及び前記流体を一体の流体として前記現在時刻から微小時間の間の流体計算を行う流体計算手段と、前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記一体の流体の速度分布を算出する速度分布算出手段と、前記算出された速度分布のうち、前記粒子に対応する空間要素の速度を加重平均して前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記粒子の速度を算出する粒子速度算出手段と、前記算出された粒子速度から前記微小時間経過後の前記粒子の位置を算出する粒子位置算出手段とを備えることを特徴とする計算装置。 A calculation device for simulating behavior of particles dispersed in a fluid in a container,
The region in the container is set as a numerical calculation target region, and the particle receives based on region dividing means for dividing the numerical calculation target region into spatial elements smaller than the particle, and the position / velocity of the particle at the current time. Force calculating means for calculating force, setting means for setting the force received by the calculated particle in the space element corresponding to the particle, and a minute time from the current time with the particle and the fluid as an integrated fluid Fluid calculation means for performing fluid calculation between the current time, speed distribution calculation means for calculating the velocity distribution of the integral fluid after a lapse of the minute time from the current time, and among the calculated velocity distributions, the particles A particle velocity calculating means for calculating a velocity of the particle after the minute time elapses from the current time by weighted averaging the velocity of the corresponding space element, and the particle velocity calculated from the calculated particle velocity Computing device, characterized in that it comprises a particle position calculating means for calculating the position of the particles after a small time.
前記算出された前記粒子が受ける力は、前記粒子と前記他の粒子との距離と相対速度に依存した力を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の計算装置。 The fluid disperses other particles within it,
5. The calculation device according to claim 1, wherein the calculated force received by the particles includes a force depending on a distance and a relative speed between the particles and the other particles. 6. .
前記算出された前記粒子が受ける力は、前記粒子と前記設定された固体領域との距離と前記粒子の速度に依存した力を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の計算装置。 The numerical calculation target area is a solid area set therein,
6. The force according to claim 1, wherein the calculated force received by the particle includes a force depending on a distance between the particle and the set solid region and a speed of the particle. The computing device described.
前記容器内の領域を数値計算対象領域とし、当該数値計算対象領域を前記粒子よりも小さい空間要素に分割する領域分割ステップと、現在時刻における前記粒子の位置・速度に基づいて、前記粒子が受ける力を算出する力算出ステップと、前記算出された前記粒子が受ける力を前記粒子に対応する前記空間要素に設定する設定ステップと、前記粒子及び前記流体を一体の流体として前記現在時刻から微小時間の間の流体計算を行う流体計算ステップと、前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記一体の流体の速度分布を算出する速度分布算出ステップと、前記算出された速度分布のうち、前記粒子に対応する空間要素の速度を加重平均して前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記粒子の速度を算出する粒子速度算出ステップと、前記算出された粒子速度から前記微小時間経過後の前記粒子の位置を算出する粒子位置算出ステップとを備えることを特徴とする挙動シミュレーション方法。 A behavior simulation method for simulating behavior of particles dispersed in a fluid in a container,
Based on the region division step of dividing the region within the container into a numerical calculation target region and dividing the numerical calculation target region into spatial elements smaller than the particle, and the position / velocity of the particle at the current time, the particle receives A force calculating step for calculating a force, a setting step for setting the calculated force received by the particles in the space element corresponding to the particles, and a minute time from the current time with the particles and the fluid as an integral fluid. A fluid calculation step for performing a fluid calculation between the current time, a velocity distribution calculation step for calculating a velocity distribution of the integral fluid after a lapse of a minute time from the current time, and among the calculated velocity distributions, A particle velocity calculating step of calculating a velocity of the particles after the minute time has elapsed from the current time by weighted averaging the velocity of the corresponding spatial element; Behavior simulation method characterized by the particles velocity and a particle position calculation step of calculating the position of the particles after the fine time.
前記容器内の領域を数値計算対象領域とし、当該数値計算対象領域を前記粒子よりも小さい空間要素に分割する領域分割モジュールと、現在時刻における前記粒子の位置・速度に基づいて、前記粒子が受ける力を算出する力算出モジュールと、前記算出された前記粒子が受ける力を前記粒子に対応する前記空間要素に設定する設定モジュールと、前記粒子及び前記流体を一体の流体として前記現在時刻から微小時間の間の流体計算を行う流体計算モジュールと、前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記一体の流体の速度分布を算出する速度分布算出モジュールと、前記算出された速度分布のうち、前記粒子に対応する空間要素の速度を加重平均して前記現在時刻から前記微小時間経過後の前記粒子の速度を算出する粒子速度算出モジュールと、前記算出された粒子速度から前記微小時間経過後の前記粒子の位置を算出する粒子位置算出モジュールとを備えることを特徴とするプログラム。 A program for causing a computer to execute a behavior simulation method for simulating behavior of particles dispersed in a fluid in a container, wherein the region in the container is a numerical calculation target region, and the numerical calculation target region is a space smaller than the particle A region dividing module that divides into elements, a force calculation module that calculates a force that the particle receives based on the position and velocity of the particle at the current time, and a force that the calculated particle receives correspond to the particle A setting module for setting the space element, a fluid calculation module for performing fluid calculation between the current time and the minute time using the particles and the fluid as an integral fluid, and the integral after the minute time has elapsed from the current time A velocity distribution calculation module for calculating a velocity distribution of the fluid of the fluid, and among the calculated velocity distributions A particle velocity calculation module for calculating the velocity of the particles after the minute time has elapsed from the current time by weighted averaging the velocity of the spatial elements corresponding to the particles, and after the minute time has elapsed from the calculated particle velocity And a particle position calculation module for calculating the position of the particle.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2006114452A JP2007286955A (en) | 2006-04-18 | 2006-04-18 | Computing apparatus, behavior simulation method, and program thereof |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103294844A (en) * | 2012-03-01 | 2013-09-11 | 住友橡胶工业株式会社 | Simulating method for kneaded state of fluid |
-
2006
- 2006-04-18 JP JP2006114452A patent/JP2007286955A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103294844A (en) * | 2012-03-01 | 2013-09-11 | 住友橡胶工业株式会社 | Simulating method for kneaded state of fluid |
| JP2013180494A (en) * | 2012-03-01 | 2013-09-12 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | Method for simulating kneading state of fluid |
| CN103294844B (en) * | 2012-03-01 | 2017-10-24 | 住友橡胶工业株式会社 | Analogy method for fluid kneaded state |
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