JP2012198610A - 熱流体シミュレーションプログラム,熱流体シミュレーション装置および熱流体シミュレーション方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】解析条件が変更された場合、解析条件の変更時に実行中のある一の時間ステップでのシミュレーションを終了した後であって且つ次の時間ステップでのシミュレーションを開始する前に、変更された解析条件を参照し、変更後の解析条件に基づき次の時間ステップでのシミュレーションを実行する。
【選択図】図5
Description
一般に、熱流体シミュレーションでは、境界条件等を含む解析条件が予め設定されるとともに、時系列的に連続する複数の時間ステップが設定され、前記解析条件に基づき熱流体方程式を解く解析処理を時間ステップ毎に繰り返す時系列シミュレーションが行なわれる。このような時系列シミュレーションの実行中、つまり、ある一の時間ステップでの解析処理の実行中に、解析条件が変更されると、熱流体方程式の解析処理によって正しいシミュレーション結果が得られなくなる。
〔1〕本実施形態の熱流体シミュレーション装置の構成および機能
図1は、本実施形態の熱流体シミュレーション装置1のハードウエア構成および機能構成を示すブロック図、図2は、本実施形態の熱流体シミュレーション装置1の機能構成および動作を説明するための図である。
また、記憶部30は、後述する3次元モデルデータ,モデル変更情報,解析条件変更データ,解析条件データおよびシミュレーション結果をそれぞれ保持する記憶領域31〜35を有するほか、上記熱流体シミュレーションプログラムなどを格納する領域(図示略)も有する。
記憶領域34に保存される解析条件データは、例えば、熱流体シミュレーションで用いられる形状モデル,物性値,各種境界条件,発熱条件,収束条件,抵抗条件,送流条件などの計算条件を含む。
(11)3次元モデルを構成する一要素(一部品)の移動・回転,追加,削除,表示,非表示を指示する操作。これらの操作は、例えば、マウス(入力操作部10)によるクリック操作,ドラッグ操作などによって行なわれる。
(21)操作部10,22によるモデル操作として3次元モデルの属性値の変更操作が行なわれた場合、少なくとも変更後の属性値がモデル変更情報として記憶領域33に記録される。翻訳部24は、記憶領域33の変更後の属性値を参照し、変更後の属性値に基づき、当該属性値に対応する、熱流体シミュレーションの解析条件のパラメータを変更する。なお、属性値の変更操作に係る処理については、図6を参照しながら後述する。
また、モデル操作・表示部100および翻訳部24は、熱流体シミュレーションの解析条件を変更する変更部200として機能する。
次に、上述のごとく構成された本実施形態の熱流体シミュレーション装置1の動作について、図4〜図11を参照しながら説明する。
〔2−1〕熱流体シミュレーション装置の動作概要
図4は、本実施形態の熱流体シミュレーション装置1の動作概要を説明するための図である。図4に示すように、本実施形態の熱流体シミュレーション装置1は、モデル表示・操作部100,熱流体シミュレーション部25およびユーザ操作・解析条件間翻訳部24から構成される。モデル表示・操作部100では、リアルタイムに3次元モデルが表示部40に表示され、ユーザは、表示部40を参照しながら、3次元モデルの移動や回転などの機構操作を行なうことができる。そして、翻訳部24は、ユーザが表示部40の画面上で入力操作部10を用いて行なった3次元モデルの操作から、熱流体シミュレーション部25での解析処理に用いられる解析条件の変更を生成する。
そこで、本熱流体シミュレーション装置1では、モデル表示・操作部100と熱流体シミュレーション部25との間にユーザ操作・解析条件間翻訳部24がそなえられている。つまり、熱流体シミュレーション部25による解析実行前または実行中に、ユーザがモデル表示・操作部100上で行なった3次元モデルに対する操作は、翻訳部24において解析条件の変更に変換され、熱流体シミュレーション部25による次の時間ステップでの解析処理に即座に反映される。これにより、ユーザは、モデル表示・操作部100上で行なった3次元モデルに対する操作に応じた、熱流体シミュレーション部25によるシミュレーション結果を直ちに得ることができ、インタラクティブな熱流体シミュレーションが実現される。
[1] ユーザが、モデル表示・操作部100上で3次元モデルを操作する(図4の矢印A1参照)。具体的に、ユーザは、上記項目(11)〜(13)で前述したように、3次元モデルを構成する一要素(一部品)の移動・回転,追加,削除,表示,非表示を指示する操作や、スライド機構や回転機構の動作を変更する操作や、3次元モデルの属性値を変更する操作を実行する。
次に、図5に示すフローチャート(ステップS11〜S23)に従って、本実施形態の熱流体シミュレーション装置1における処理の流れ、つまり熱流体シミュレーション装置1で行なわれるインタラクティブ熱流体シミュレーションについて説明する。
シミュレーションに先立ち、ユーザが入力操作部10を操作して入力した、熱流体シミュレーションに必要な各種情報が、モデル設定部21において受信されると、受信された情報は、記憶部30の記憶領域31,34に記録保存される。つまり、シミュレーション対象の構造物についての3次元モデルデータが記憶領域31に設定されるとともに、同構造物における熱流体シミュレーションを行なう際の解析条件データが記憶領域34に設定される。これにより、熱流体シミュレーション対象の3次元モデルと熱流体モデルとの設定が行なわれる(ステップS11)。
この後、モデル設定部21で、ユーザが入力操作部10を操作して入力した、熱流体シミュレーション実行命令が受信されると、熱流体シミュレーションが開始される(ステップS13)。
3次元モデルの変更操作を行なわない場合(ステップS14のNOルート)、熱流体シミュレーション部25において、記憶領域34の解析条件データが参照される(ステップS18)。そして、参照された解析条件データに基づき、一の時間ステップについて、例えば上記(1)〜(3)式のごとき熱流体方程式を解くことにより、熱流体シミュレーション対象の流速場および温度場の時間発展が行なわれる(ステップS19,S20)。
まず、ユーザは、入力操作部10での操作、例えば前述した操作(11)〜(13)により3次元モデルの変更を行なう。当該操作に関する操作情報が、モデル操作部22により受信されると、当該操作による3次元モデルの変更情報が取得されモデル変更情報として記憶領域32に記録される(ステップS15)。
そこで、本実施形態では、熱流体シミュレーション1ステップが、ユーザ操作による解析条件の修正変更を記憶部30に反映するサブステップ(ステップS17)と、解析条件変更データを参照するサブステップ(ステップS18)と、熱流体方程式を解くサブステップ(ステップS19)との3つに分割される。したがって、解析条件の変更時に実行中の、ある一の時間ステップでの解析処理を終了した後であって、且つ、次の時間ステップでの解析処理を開始する前のタイミングで、変更後の解析条件を参照することが可能になる。これにより、解析条件の修正変更および参照が適切なタイミングで行なわれる。
上述したように、ステップS15において、モデル操作部22では、入力操作部10での操作、例えば前述した操作(11)〜(13)により3次元モデルの変更が行なわれる。これらの操作による3次元モデルの変更が、ステップS16において、ユーザ操作・解析条件間翻訳部24で熱流体シミュレーションの解析条件の変更に変換される。ここで、解析条件としては、壁についての境界条件のほか、送流条件,抵抗条件,発熱条件などがある。ユーザ操作の解析条件への変換としては、多数の組み合わせが考えられるが、ここでは、典型的な5つの例について説明する。
まず、操作部10,22によるモデル操作として、3次元モデルの属性値の変更操作が行なわれ、当該属性値の変更が、解析条件のパラメータ変更として熱流体シミュレーションに反映される場合について、図6に示すフローチャート(ステップS31〜S34)に従って説明する。ここで、変更対象の属性値は、例えば発熱量に係るものとする。
次に、操作部10,22によるモデル操作として、3次元モデルを平行移動させる操作が行なわれ、当該平行移動が、解析条件の変更として熱流体シミュレーションに反映される場合について、図7に示すフローチャート(ステップS41〜S48)に従って説明する。ここでは、例えば壁などの構造物が平行移動されるものとする。
また、当該構造物がグリッド上に載っている場合(ステップS44のYESルート)、ステップS45〜S47の処理はスキップされ、ステップS43で平行移動された境界条件が、解析条件変更データとして記憶領域33に記録される(ステップS48)。
また、ユーザ操作による平行移動対象が、複数の構造物をグループ化したものである場合には、複数の構造物が一体の構造物と見なされ、上述と同様の処理が実行される。
次に、操作部10,22によるモデル操作として、3次元モデルの構造物を回転移動させる操作が行なわれ、当該回転移動が、解析条件の変更として熱流体シミュレーションに反映される場合について、図8に示すフローチャート(ステップS51〜S63)に従って説明する。
また、当該構造物がグリッド上に載っている場合(ステップS54のYESルート)、ステップS55〜S62の処理はスキップされ、ステップS53で回転移動された解析条件が、解析条件変更データとして記憶領域33に記録される(ステップS63)。
なお、ステップS53〜S62の処理は、図5のステップS16の処理に対応し、ステップS63の処理は、図5のステップS17の処理に対応する。
次に、操作部10,22によるモデル操作として、3次元モデルのスライド機構をスライド移動させる操作が行なわれ、当該スライド機構の移動が、解析条件の変更として熱流体シミュレーションに反映される場合について、図10に示すフローチャート(ステップS71〜S74)に従って説明する。
変更された抵抗条件(抵抗値)は、解析条件変更データとして記憶領域33に記録される(ステップS74)。これにより、ユーザによるスライド機構の移動操作に伴う抵抗条件としての抵抗値の修正変更が、ステップS18で熱流体シミュレーション部25により参照される記憶領域33に反映され、修正変更後の抵抗値が、次の時間ステップについての解析処理に反映される。ステップS74の処理は、図5のステップS17の処理に対応する。
次に、操作部10,22によるモデル操作として、3次元モデルの回転機構の動作速度(回転速度)の変更操作が行なわれ、当該動作速度の変更が、解析条件の変更として熱流体シミュレーションに反映される場合について、図11に示すフローチャート(ステップS81〜S84)に従って説明する。回転機構は、可動部品が一つの回転軸周りに回転する機構を指す。ここで、回転機構は、例えば冷却ファンであり、熱流体解析モデルの送流条件に対応付けられているものとする。
本実施形態の熱流体シミュレーション装置1によれば、変更部200によって解析条件が変更された場合、解析条件の変更時に実行中の時間ステップでの解析処理終了後で次の時間ステップでの解析処理開始前のタイミング(時間が進まないステップ)で解析条件変更データが参照され、熱流体シミュレーションが実行される。これにより、ユーザ等による解析条件の変更に即座に対応可能な熱流体シミュレーションが実現される。つまり、モデル操作・表示部100および翻訳部24によって変更された解析条件が、最初の時間ステップから解析処理をやり直すことなく、次の時間ステップでの熱流体シミュレーションに即座に反映される。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は、係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変形、変更して実施することができる。
なお、上述したモデル設定部21,モデル操作部22,表示制御部23,翻訳部24およびシミュレーション部25としての機能の全部もしくは一部は、コンピュータ(CPU,情報処理装置,各種端末を含む)が所定のアプリケーションプログラム(熱流体シミュレーションプログラム)を実行することによって実現される。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
流速場および温度場のシミュレーションを行なうコンピュータに、
解析条件に基づき時間ステップ毎に熱流体方程式を解くことにより前記シミュレーションを実行し、
前記解析条件を変更する、
処理を実行させ、
前記解析条件が変更された場合、前記解析条件の変更時に実行中のある一の時間ステップでのシミュレーションを終了した後であって且つ次の時間ステップでのシミュレーションを開始する前に、変更された前記解析条件を参照し、変更後の解析条件に基づき前記次の時間ステップでのシミュレーションを実行する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、熱流体シミュレーションプログラム。
前記の流速場および温度場を含む空間を構成する3次元モデルを表示部に表示し、
前記表示部に表示された3次元モデルを操作部によって操作された場合、前記操作部によって操作された3次元モデルの変更情報を、前記解析条件の変更情報に翻訳し、前記解析条件を変更する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、付記1記載の熱流体シミュレーションプログラム。
前記操作部によって前記表示部上で前記3次元モデルの構造物を平行移動させる操作が行なわれた場合、前記解析条件に含まれる、当該構造物に対応する境界条件の位置を、前記平行移動の移動距離および移動方向に応じて変更する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、付記2記載の熱流体シミュレーションプログラム。
前記平行移動後の当該構造物が熱流体解析モデルのグリッド上に載らない場合、変更後の前記境界条件の位置を、直近のグリッド上に載るように移動変更する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、付記3記載の熱流体シミュレーションプログラム。
前記平行移動後の当該構造物が熱流体解析モデルのグリッド上に載らない場合、変更後の前記境界条件を削除し、前記平行移動後の位置における当該構造物の面に直交する方向の速度を逆向きにする反力を発生させる境界条件を、前記解析条件の変更情報として追加する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、付記3記載の熱流体シミュレーションプログラム。
前記操作部によって前記表示部上で前記3次元モデルの構造物を回転移動させる操作が行なわれた場合、前記解析条件に含まれる、当該構造物に対応する境界条件の位置を、前記回転移動と同じ回転軸および回転角度を用いた回転変換により変更する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、付記2記載の熱流体シミュレーションプログラム。
前記回転移動後の当該構造物が熱流体解析モデルのグリッド上に載らない場合、変更後の前記境界条件を削除し、前記回転移動後の位置における当該構造物の面に直交する方向の速度を逆向きにする反力を発生させる境界条件を、前記解析条件の変更情報として追加する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、付記6記載の熱流体シミュレーションプログラム。
前記操作部によって前記表示部上で、スライド移動に応じて開口率が変化する、前記3次元モデルのスライド機構をスライド移動させる操作が行なわれた場合、前記解析条件に含まれる、当該スライド機構に対応する抵抗条件としての抵抗値を、前記スライド移動により変化した開口率に応じて変更する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、付記2記載の熱流体シミュレーションプログラム。
流速場および温度場のシミュレーションを行なう熱流体シミュレーション装置であって、
解析条件に基づき時間ステップ毎に熱流体方程式を解くことにより前記シミュレーションを実行するシミュレーション部と、
前記解析条件を変更する変更部と、を有し、
前記変更部によって前記解析条件が変更された場合、前記シミュレーション部は、前記解析条件の変更時に実行中のある一の時間ステップでのシミュレーションを終了した後であって且つ次の時間ステップでのシミュレーションを開始する前に、前記変更部によって変更された前記解析条件を参照し、変更後の解析条件に基づき前記次の時間ステップでのシミュレーションを実行する、熱流体シミュレーション装置。
前記変更部は、
前記の流速場および温度場を含む空間を構成する3次元モデルを表示する表示部と、
前記表示部に表示された3次元モデルを操作する操作部と、
前記操作部によって操作された3次元モデルの変更情報を、前記解析条件の変更情報に翻訳し、前記解析条件を変更する翻訳部と、を有する、付記9記載の熱流体シミュレーション装置。
前記操作部によって前記表示部上で前記3次元モデルの構造物を平行移動させる操作が行なわれた場合、前記翻訳部は、前記解析条件に含まれる、当該構造物に対応する境界条件の位置を、前記平行移動の移動距離および移動方向に応じて変更する、付記10記載の熱流体シミュレーション装置。
前記平行移動後の当該構造物が熱流体解析モデルのグリッド上に載らない場合、前記翻訳部は、変更後の前記境界条件の位置を、直近のグリッド上に載るように移動変更する、付記11記載の熱流体シミュレーション装置。
前記平行移動後の当該構造物が熱流体解析モデルのグリッド上に載らない場合、前記翻訳部は、変更後の前記境界条件を削除し、前記平行移動後の位置における当該構造物の面に直交する方向の速度を逆向きにする反力を発生させる境界条件を、前記解析条件の変更情報として追加する、付記11記載の熱流体シミュレーション装置。
前記操作部によって前記表示部上で前記3次元モデルの構造物を回転移動させる操作が行なわれた場合、前記翻訳部は、前記解析条件に含まれる、当該構造物に対応する境界条件の位置を、前記回転移動と同じ回転軸および回転角度を用いた回転変換により変更する、付記10記載の熱流体シミュレーション装置。
前記回転移動後の当該構造物が熱流体解析モデルのグリッド上に載らない場合、前記翻訳部は、変更後の前記境界条件を削除し、前記回転移動後の位置における当該構造物の面に直交する方向の速度を逆向きにする反力を発生させる境界条件を、前記解析条件の変更情報として追加する、付記14記載の熱流体シミュレーション装置。
前記翻訳部は、前記解析条件に含まれる、当該構造物に対応する送流条件としての送流方向を、前記回転移動と同じ回転軸および回転角度を用いた回転変換により変更する、付記14または付記15に記載の熱流体シミュレーション装置。
前記翻訳部は、前記解析条件に含まれる、当該構造物に対応する抵抗条件/発熱条件としての抵抗値/発熱値を、回転後の前記境界条件がまたがるセルに、セルの面積比または体積比に応じて分配することにより、新たな抵抗条件/発熱条件を前記解析条件の変更情報として設定する、付記14〜付記16のいずれか一項に記載の熱流体シミュレーション装置。
前記操作部によって前記表示部上で、スライド移動に応じて開口率が変化する、前記3次元モデルのスライド機構をスライド移動させる操作が行なわれた場合、前記翻訳部は、前記解析条件に含まれる、当該スライド機構に対応する抵抗条件としての抵抗値を、前記スライド移動により変化した開口率に応じて変更する、付記10記載の熱流体シミュレーション装置。
流速場および温度場のシミュレーションをコンピュータにより行なう熱流体シミュレーション方法であって、
解析条件に基づき時間ステップ毎に熱流体方程式を解くことにより前記シミュレーションを実行し、
前記解析条件が変更された場合、前記解析条件の変更時に実行中のある一の時間ステップでのシミュレーションを終了した後であって且つ次の時間ステップでのシミュレーションを開始する前に、変更された前記解析条件を参照し、変更後の解析条件に基づき前記次の時間ステップでのシミュレーションを実行する、熱流体シミュレーション方法。
前記の流速場および温度場を含む空間を構成する3次元モデルを表示部に表示し、
前記表示部に表示された3次元モデルを操作部によって操作された場合、前記操作部によって操作された3次元モデルの変更情報を、前記解析条件の変更情報に翻訳し、前記解析条件を変更する、付記19記載の熱流体シミュレーション方法。
10 入力操作部(操作部)
20 処理部(CPU,コンピュータ)
21 モデル設定部
22 モデル操作部(操作部)
23 表示制御部
24 ユーザ操作・解析条件間翻訳部(翻訳部)
25 熱流体シミュレーション部(シミュレーション部)
30 記憶部
31 3次元モデルデータ記憶領域
32 モデル変更情報記憶領域
33 解析条件変更データ記憶領域
34 解析条件データ記憶領域
35 シミュレーション結果記憶領域
40 表示部
100 モデル操作・表示部
200 変更部
Claims (7)
- 流速場および温度場のシミュレーションを行なうコンピュータに、
解析条件に基づき時間ステップ毎に熱流体方程式を解くことにより前記シミュレーションを実行し、
前記解析条件を変更する、
処理を実行させ、
前記解析条件が変更された場合、前記解析条件の変更時に実行中のある一の時間ステップでのシミュレーションを終了した後であって且つ次の時間ステップでのシミュレーションを開始する前に、変更された前記解析条件を参照し、変更後の解析条件に基づき前記次の時間ステップでのシミュレーションを実行する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、熱流体シミュレーションプログラム。 - 前記の流速場および温度場を含む空間を構成する3次元モデルを表示部に表示し、
前記表示部に表示された3次元モデルを操作部によって操作された場合、前記操作部によって操作された3次元モデルの変更情報を、前記解析条件の変更情報に翻訳し、前記解析条件を変更する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、請求項1記載の熱流体シミュレーションプログラム。 - 前記操作部によって前記表示部上で前記3次元モデルの構造物を平行移動させる操作が行なわれた場合、前記解析条件に含まれる、当該構造物に対応する境界条件の位置を、前記平行移動の移動距離および移動方向に応じて変更する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、請求項2記載の熱流体シミュレーションプログラム。 - 前記操作部によって前記表示部上で前記3次元モデルの構造物を回転移動させる操作が行なわれた場合、前記解析条件に含まれる、当該構造物に対応する境界条件の位置を、前記回転移動と同じ回転軸および回転角度を用いた回転変換により変更する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、請求項2記載の熱流体シミュレーションプログラム。 - 前記操作部によって前記表示部上で、スライド移動に応じて開口率が変化する、前記3次元モデルのスライド機構をスライド移動させる操作が行なわれた場合、前記解析条件に含まれる、当該スライド機構に対応する抵抗条件としての抵抗値を、前記スライド移動により変化した開口率に応じて変更する、
処理を、前記コンピュータに実行させる、請求項2記載の熱流体シミュレーションプログラム。 - 流速場および温度場のシミュレーションを行なう熱流体シミュレーション装置であって、
解析条件に基づき時間ステップ毎に熱流体方程式を解くことにより前記シミュレーションを実行するシミュレーション部と、
前記解析条件を変更する変更部と、を有し、
前記変更部によって前記解析条件が変更された場合、前記シミュレーション部は、前記解析条件の変更時に実行中のある一の時間ステップでのシミュレーションを終了した後であって且つ次の時間ステップでのシミュレーションを開始する前に、前記変更部によって変更された前記解析条件を参照し、変更後の解析条件に基づき前記次の時間ステップでのシミュレーションを実行する、熱流体シミュレーション装置。 - 流速場および温度場のシミュレーションをコンピュータにより行なう熱流体シミュレーション方法であって、
解析条件に基づき時間ステップ毎に熱流体方程式を解くことにより前記シミュレーションを実行し、
前記解析条件が変更された場合、前記解析条件の変更時に実行中のある一の時間ステップでのシミュレーションを終了した後であって且つ次の時間ステップでのシミュレーションを開始する前に、変更された前記解析条件を参照し、変更後の解析条件に基づき前記次の時間ステップでのシミュレーションを実行する、熱流体シミュレーション方法。
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