JP2017062676A - 軸流ファンの通風解析方法，通風解析装置及び通風解析プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】熱流動場解析の精度を向上させる。【解決手段】ＭＲＦモデルをファンモデルとした軸流ファンのＣＦＤ解析において、ファンの実回転数に対応する通過風速と等価な計算上の通過風速を発生させる演算上の仮想回転数Nvを算出する処理をコンピュータに実行させる方法である。ファン回転数Nfを入力値とするＣＦＤ解析によりファンの圧損P，風量Qを計算する解析ステップ（Ｔ２０，２２）と、圧損補正係数ηPを算出して圧損Pを圧損補正係数ηPで補正する補正ステップ（Ｔ３６，３８）と、補正後の圧損値P′と風量Qとを計算上のＰＱ点として設定する設定ステップ（Ｔ４０）と、ＰＱ点とファン所定回転数NaでのＰＱカーブとのずれ量Gが所定値Gthを超えたら入力値Nfを変更して解析ステップ，補正ステップ及び設定ステップを再実施させ、ずれ量Gが所定値Gth以下なら入力値Nfを仮想回転数Nvとして算出するステップ（Ｔ５０，５４）とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、数値流体力学（ＣＦＤ）解析の手法を用いた軸流ファンの通風解析方法，通風解析装置及び通風解析プログラムに関する。

近年、自動車製品の性能向上に伴い、エンジンルーム内の熱管理に対する要求が高まる傾向にある。このため開発現場では、開発初期の段階から積極的に数値流体力学（ＣＦＤ；Computational Fluid Dynamics）解析ソフトウェアを活用し、エンジンルーム内の空気の流れ場や温度場をコンピュータシミュレーションにより予測することで設計検討の効率化を図っている。エンジンルーム内の空気の流れは、ラジエータに付設された冷却ファンによって生成されるとともに走行風の影響を受けることから、ＣＦＤ解析では、冷却ファンを含んだ解析モデルが設定され、車速の影響も考慮してシミュレーションが実施される。なお、ファンを含んだモデルをシミュレーションする流体解析方法としては、例えば特許文献１に記載のものが存在する。

特開２００５−３０９７５５号公報

ところで、流体解析において回転問題を解くための方法（モデル）の一つとしてＭＲＦ（Multiple Reference Flame）モデルが知られている。すなわち、解析対象領域内に座標系の異なる回転領域と静止領域とを設定し、回転領域内に固定された回転部材の周囲に生じる流体の運動量を静止領域に与えることで、回転部材の回転による静止領域への影響の度合いを推定するものである。軸流ファンの回転による流れ場を解析する場合、回転領域内にファンのブレード形状がモデル化され、このファンの回転数が静止領域に対する運動量ソースとなる入力値として使用される。ＭＲＦモデルでは、ブレード形状をモデル化することで実際のブレード形状に沿った流れ場が再現されるため、ファンの旋回成分の流れ場が比較的精度よく計算される。

しかしながら、上記の演算手法はブレードを固定した状態でブレードの周囲の流体に回転ソースを与える方法であることから、流体とブレードとの旋回方向の相対速度が過大評価される。このため、ファンの圧損が実際のものよりも大きくなり、ファンを通過する流体の速度（軸流方向の風速，以下「通過風速」という）が実際の値よりも低く計算される。すなわち、ファンの軸流成分の計算に関しては高い精度が得られず、特に低車速域ほど計算精度が低下するという課題があった。

この対策としては、ファンを所定回転数で作動させたときの実際の通過風速を予め測定しておき、その実測値とシミュレーションで得られた計算値とが略一致するように、シミュレーションの入力値（すなわちファンの回転数）を調整する方法が考えられる。すなわち、実測値と略同一の値の通過風速が計算されるように入力値を調整し、実測値と計算値とが略一致したときの入力値を、所定回転数に対応する値（モデル上の回転数）として決めておく方法である。ファンが配置される空間（例えばエンジンルーム）内の流れ場や温度場の解析（以下「熱流動場解析」という）では、実際のファンの回転数ではなく、その回転数に対応する入力値を与えることで通過風速が低く計算されることが防止され、高い解析精度が得られるようになる。

しかし、この方法は通過風速の実測値が必要となるため、解析の準備段階での負担が大きいという欠点がある。また、車両の設計段階において、エンジンルームの内部構造やレイアウト，ファン形状などが確定していない場合には、通過風速の実測値を取得することができない。したがって、この方法を用いることができず、ファンが配置される空間内の熱流動場解析の精度も低くなってしまう。

本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、通過風速の実測値を用いることなく、過大評価される圧損を補正し、熱流動場解析の精度を向上させることができるようにした、軸流ファンの通風解析方法，通風解析装置及び通風解析プログラムを提供することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示する軸流ファンの通風解析方法は、ＭＲＦモデルをファンモデルとした軸流ファンのＣＦＤ解析において、前記軸流ファンの実回転数に対応する通過風速と等価な計算上の通過風速を発生させる演算上の仮想回転数を算出する処理をコンピュータに実行させる通風解析方法であって、コンピュータソフトウェアによる軸流ファンの通風解析方法である。この通風解析方法は、解析ステップと、補正ステップと、設定ステップと、算出ステップとを備える。

前記解析ステップでは、前記軸流ファンの回転数を入力値とする前記ＣＦＤ解析（数値流体力学解析）により前記軸流ファンの圧損及び風量を計算する。前記補正ステップでは、前記圧損に対する前記軸流ファンの作動時における実圧損の比率を表す圧損補正係数を算出して、前記圧損を前記圧損補正係数で補正する。前記設定ステップでは、補正後の圧損値と前記風量とを前記軸流ファンのＰＱ特性マップ上における計算上のＰＱ点として設定する。前記算出ステップでは、前記ＰＱ点と前記軸流ファンの所定回転数におけるＰＱカーブとのずれ量が所定値を超える場合に前記入力値を変更して前記解析ステップ，前記補正ステップ及び前記設定ステップを再実施させ、前記ずれ量が前記所定値以下である場合に前記入力値を前記仮想回転数として算出する。

すなわち、前記算出ステップでは、前記ずれ量が前記所定値以下となるまで前記回転数を調整し、調整後の前記入力値を用いて前記解析ステップ,前記補正ステップ及び前記設定ステップを再実施させ、前記ずれ量が前記所定値以下となったときの前記入力値を前記仮想回転数として算出する。前記算出ステップで用いられる前記ＰＱカーブは、前記解析ステップで使用された前記入力値に対応するＰＱカーブであることが好ましく、前記所定回転数が前記入力値に応じて設定されることが好ましい。前記所定回転数は、例えば前記入力値と同一値であることが好ましい。ただし、前記解析ステップ，前記補正ステップ，前記設定ステップ，前記算出ステップを繰り返し実施する場合には、前記解析ステップで使用された最初の前記入力値（すなわち初期値）を前記所定回転数とすることが好ましい。

（２）前記補正ステップでは、前記圧損を軸流成分と旋回成分とに分解した各成分の補正係数をモデル計算により算出し、二つの前記補正係数と所定の圧損配分とに基づいて前記圧損補正係数を算出することが好ましい。
（３）前記解析ステップでは、前記ブレードを含むファン領域でのスワール比を計算し、前記補正ステップでは、前記スワール比と前記軸流ファンの形状データとに基づいて前記二つの補正係数を算出することが好ましい。

（４）前記補正ステップでは、前記スワール比の関数で表現される前記ブレードの軸流投影面積比を用いて軸流成分の前記補正係数を算出することが好ましい。
（５）前記補正ステップでは、前記ブレードと旋回方向の流体粒子との衝突頻度を前記スワール比で線形近似することで旋回成分の前記補正係数を算出することが好ましい。

（６）前記補正ステップでは、前記圧損に対する、前記軸流ファンの停止時における圧損の実測値の比率を、前記圧力配分として算出することが好ましい。
（７）前記算出ステップでは、前記ずれ量が前記所定値を超える場合に、前記ＰＱカーブと、直近の二つの前記ＰＱ点と、当該二つのＰＱ点を設定するために前記解析ステップで用いられた二つの前記入力値とに基づいて、前記入力値を変更することが好ましい。

（８）ここで開示する軸流ファンの通風解析装置は、ＭＲＦモデルをファンモデルとした軸流ファンのＣＦＤ解析において、前記軸流ファンの実回転数に対応する通過風速と等価な計算上の通過風速を発生させる、演算上の仮想回転数を算出する処理を実行する装置である。本装置は、前記軸流ファンの回転数を入力値として前記ＣＦＤ解析（数値流体力学解析）により前記軸流ファンの圧損及び風量を計算する解析部と、前記圧損に対する前記軸流ファンの作動時における実圧損の比率を表す圧損補正係数を算出して、前記圧損を前記圧損補正係数で補正する補正部と、補正後の圧損値と前記解析部で計算された前記風量とを前記軸流ファンのＰＱ特性マップ上における計算上のＰＱ点として設定する設定部と、前記ＰＱ点と前記軸流ファンの所定回転数におけるＰＱカーブとのずれ量が所定値を超える場合に前記入力値を変更して前記解析部，前記補正部及び前記設定部の処理を再実施させ、前記ずれ量が前記所定値以下である場合に前記入力値を前記仮想回転数として算出する算出部と、を備える。すなわち、前記算出部は、前記ずれ量が前記所定値以下となるまで前記入力値を調整し、調整後の前記入力値を用いて前記解析部，前記補正部及び前記設定部の処理を再実施させ、前記ずれ量が前記所定値以下となったときの前記入力値を前記仮想回転数として算出する。

（９）前記補正部は、前記圧損を軸流成分と旋回成分とに分解した各成分の補正係数をモデル計算により算出し、二つの前記補正係数と所定の圧損配分とに基づいて前記圧損補正係数を算出することが好ましい。
（１０）前記解析部は、前記ブレードを含むファン領域でのスワール比を計算し、前記補正部は、前記スワール比と予め設定された前記軸流ファンの形状データとに基づいて、前記二つの補正係数を算出することが好ましい。

（１１）前記補正部は、前記スワール比の関数で表現される前記ブレードの軸流投影面積比を用いて軸流成分の前記補正係数を算出することが好ましい。
（１２）前記補正部は、前記ブレードと旋回方向の流体粒子との衝突頻度を前記スワール比で線形近似することで旋回成分の前記補正係数を算出することが好ましい。

（１３）前記補正部は、前記圧損に対する、予め設定された前記軸流ファンの停止時における軸流方向の圧損の実測値の比率を、前記圧力配分として算出することが好ましい。
（１４）前記算出部は、前記ずれ量が前記所定値を超える場合に、前記ＰＱカーブと、直近の二つの前記ＰＱ点と、当該二つのＰＱ点を設定するために前記解析部で用いられた二つの前記入力値とに基づいて、前記入力値を変更することが好ましい。

（１５）ここで開示する軸流ファンの通風解析プログラムは、ＭＲＦモデルをファンモデルとした軸流ファンのＣＦＤ解析において、前記軸流ファンの実回転数に対応する通過風速と等価な計算上の通過風速を発生させる演算上の仮想回転数を算出する処理を実行する通風解析プログラムであって、解析ステップと、補正ステップと、設定ステップと、算出ステップとをコンピュータに実行させるプログラムである。前記解析ステップでは、前記軸流ファンの回転数を入力値とする前記ＣＦＤ解析（数値流体力学解析）により前記軸流ファンの圧損及び風量を計算する。前記補正ステップでは、前記圧損に対する前記軸流ファンの作動時における実圧損の比率を表す圧損補正係数を算出して、前記圧損を前記圧損補正係数で補正する。前記設定ステップでは、補正後の圧損値と計算された前記風量とを前記軸流ファンのＰＱ特性マップ上における計算上のＰＱ点として設定する。前記算出ステップでは、前記ＰＱ点と前記軸流ファンの所定回転数におけるＰＱカーブとのずれ量が所定値を超える場合に前記入力値を変更して前記解析ステップ，前記補正ステップ及び前記設定ステップを再実施させ、前記ずれ量が前記所定値以下である場合に前記入力値を前記仮想回転数として算出する。

ＭＲＦモデルをファンモデルとした軸流ファンのＣＦＤ解析において、通過風速の実測値を用いることなく、過大評価される圧損を補正することができる。これにより、仮想回転数を入力値として与えて軸流ファンの通過風速を計算したときの結果（計算上の通過風速）を、所定回転数で軸流ファンを回転させたときの実現象（実際のファンの通過風速）に近付けることができる。したがって、軸流ファンが配置される空間内の熱流動場解析の精度を向上させることができる。

軸流ファンの模式的な正面図である。 軸流ファンの通風解析装置の構成を例示するブロック図である。 （ａ）は軸流ファンのＰＱカーブとＰＱ点との関係を例示するＰＱマップであり、（ｂ）は図３（ａ）の部分拡大図である。 入力値の調整方法を説明するためのＰＱマップ例である。 軸流ファンの通風解析方法の手順を例示するフローチャートである。 ラジエータの通過風速を計算したときの精度を車速毎に比較して示すグラフである。

図面を参照して、実施形態としての軸流ファン（以下「ファン」という）の通風解析方法，通風解析装置及び通風解析プログラムについて説明する。以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．概要，解析モデル］
本実施形態に係るファンの通風解析方法，装置，プログラムは、ＭＲＦモデルをファンモデルとした軸流ファンのＣＦＤ解析において過大評価されるファンの圧損Pを補正するとともに、補正後の圧損値P′及び風量Q（体積流量）で決定されるＰＱ点がファンの所定回転数NaでのＰＱカーブに略一致するような、ＣＦＤ解析の入力値を算出するものである。

ここで算出される入力値（ＰＱ点とＰＱカーブとが略一致したときの入力値）は、その後の熱流動場解析において、所定回転数Naに対応する通過風速をシミュレートするための入力値として、所定回転数Naの代わりに用いられる。つまり、ファンの通風解析は、本処理である熱流動場解析に先立って実施される前処理であり、ＣＦＤ解析で計算されるファンの通過風速（計算値）を実際のファンの通過風速（実現象）に近付ける（計算値と実現象とのギャップを補正する）ために実施される。ここで、軸流ファンの実回転数に対応する通過風速と等価な計算上の通過風速を発生させる演算上の回転数のことを「仮想回転数」と呼ぶ。

通風解析では、ＭＲＦモデルを用いたＣＦＤ解析（第一工程）と、ＣＦＤ解析で計算された圧損Pを補正するための補正計算（ＭＲＦ補正計算，第二工程）と、ＣＦＤ解析及びＭＲＦ補正計算で得られた結果を用いて仮想回転数または次回のＣＦＤ解析の入力値を算出するための計算（第三工程）とが実施される。
一方、熱流動場解析では、通風解析で算出された入力値、あるいはこの入力値に基づき計算されたファンの通過風速のほか、車速や温度情報等が初期条件，境界条件として設定され、熱流体解析が実施される。なお、熱流動場解析は、従来と同様の手法で実施されるため、詳細な説明を省略する。

通風解析では、ＰＱ点とＰＱカーブとのずれ量Gが所定値Gth以下（G≦Gth）のときに「ＰＱ点とＰＱカーブとが略一致した」とみなされるものとする。ここでいう「ずれ量G」とは、ファンの圧損Pと風量Qとの関係を表すＰＱ特性マップ上における距離に相当する。本実施形態の通風解析では、ＰＱ点とＰＱカーブとのずれ量Gが所定値Gth以下になるまでＣＦＤ解析の入力値が調整され、新たな入力値が与えられてＣＦＤ解析が実施される。そして、ずれ量Gが所定値Gth以下となる入力値が求められる。

ＭＲＦモデルを用いたＣＦＤ解析の入力値には、好ましくはファンの回転数Nf（またはこれに相当するパラメータ，例えばファンの駆動電流，駆動電圧，駆動周波数など）が用いられる。すなわち、本実施形態の通風解析では、G＞Gthであるときにファンの回転数Nfが調整され、G≦Gthとなる回転数Nfが求められる。G≦Gthとなったときの回転数Nf（入力値）は、ＣＦＤ解析の結果として得られる通過風速が、実際にファンを所定回転数Naで作動させたときの通過風速と略一致するときの回転数となる。以下、G≦Gthとなったときの回転数Nfのことを「仮想回転数Nv」と呼ぶ。例えば、所定回転数Naが2000[rpm]であるときのファンの通過風速と同一の通過風速を発生させる演算上の回転数が2450[rpm]であるとき、「2000[rpm]に対応する仮想回転数Nvは2450[rpm]である」という。別言すれば、仮想回転数Nvとは、ＣＦＤ解析を含む通風解析を通じてG≦Gthが確認されたときに、そのＣＦＤ解析で入力値として用いられていた回転数Nfと同一の値に設定される。なお、所定回転数Naと仮想回転数Nvとの関係は、一対一に対応づけられるものとする。

仮想回転数Nvは、所定回転数Naに対応する計算上の回転数であり、通風解析後に実施される熱流動場解析において、所定回転数Naの代わりに入力値として用いられる。所定回転数Naは、例えば熱流動場解析で使用する通過風速を生成できるファンの実回転数に相当する値（例えば2000[rpm]）に設定される。所定回転数Naは、一回の通風解析において一つの値が設定され、この所定回転数Naに対応する仮想回転数Nvが算出される。そのため、複数の所定回転数Naのそれぞれに対応する仮想回転数Nvを算出する場合には、所定回転数Na毎に通風解析を実施すればよい。つまり、熱流動場解析でシミュレートしたい通過風速が複数存在する場合には、それらの通過風速に対応する複数の所定回転数Naのそれぞれについて、仮想回転数Nvを求めておけばよい。

本実施形態の通風解析では、ラジエータのファン装置に組み込まれた軸流ファンを解析対象とする。このラジエータは車両のエンジンルーム内に配置されるものとする。つまり、熱流動場解析では、エンジンルーム内の流れ場や温度場が解析される。図１に、本実施形態の解析対象となる軸流ファン２（以下「ファン２」という）を備えたファン装置１を示す。

本実施形態のファン装置１は、同一の構成を有する二つのファン２がケーシング３に組み付けられて構成される。ファン２は、ハブ２Ａの周面に取り付けられた複数のブレード２Ｂを備えた電動の羽根車であり、図示しない制御装置により制御される。ケーシング３は、厚みの小さい直方体状の外形を有し、ファン２が配置される二つの円筒状の貫通部４と、ファン２を支持するための支持部５とを備える。貫通部４は、ケーシング３を厚み方向に貫通した孔であり、ケーシング３の長手方向に並設される。支持部５は、ケーシング３と一体で形成された部位であり、ファン２のハブ２Ａが軸支される円形部と、円形部から放射状に延設された複数のロッド部とを有する。なお、二つのファン２は同一の構成でなくてもよく、例えばファン径やブレード枚数が異なっていてもよい。

通風解析では、まず、解析対象となる物体の形状を再現したＣＡＤモデルが作成される。本実施形態のＣＦＤ解析ではＭＲＦモデルが用いられることから、ファン２を含む領域（すなわち貫通部４）がファン領域として設定され、ファン領域の周囲の領域が周辺領域として設定される。ファン領域（回転領域）では、ファン２の周りの流れ場の計算を実施するために回転座標系が設定されるとともに、ファン２のハブ２Ａ及びブレード２Ｂの形状がモデル化される。また、周辺領域（静止領域）では静止座標系が設定されるとともに、ケーシング３の形状がモデル化される。

次いで、モデル化された物体の形状及び周囲の空間（ファン領域の内部）のメッシュ（計算格子，セル）が作成され、物体の形状及び周囲の空間が離散化される。メッシュの形状，大きさ，個数（分割数），分割位置等は、コンピュータの解析処理能力や所望の解析精度などに応じて適宜設定される。複数のメッシュのそれぞれには様々な数値データが設定される。例えば、ブレード２Ｂに対応するメッシュには、メッシュの大きさや形状等を規定するためのパラメータが設定される。また、ファン領域の内部に対応するメッシュには、メッシュの大きさや形状等を規定するパラメータに加えて、回転速度及び回転方向（回転ソース）が設定される。すなわち、ブレード２Ｂは固定した状態とし、ブレード２Ｂの周辺の空気には回転ソースを与える。

［２．装置構成］
本実施形態の通風解析装置は、通風解析用のコンピュータプログラム１７（通風解析プログラム）を実行可能な汎用のコンピュータによって実現される。図２は、コンピュータ１０を用いて通風解析装置を構成する場合の概略構成図である。

図２に示すように、コンピュータ１０（通風解析装置）は、ＣＰＵ１１（Central Processing Unit），メモリ１２〔Read Only Memory（ＲＯＭ），Random Access Memory（ＲＡＭ）等〕，外部記憶装置１３〔Hard Disk Drive（ＨＤＤ），Solid State Drive（ＳＳＤ），光学ドライブ，フラッシュメモリ・リーダライター等〕，入力装置１４（キーボード，マウス等），出力装置１５（ディスプレイ，プリンター装置等）及び通信装置１６（無線または有線の送受信装置）を備える。これらは、コンピュータ１０の内部に設けられたバス１８（制御バス，データバス等）を介して互いに通信可能に接続される。コンピュータプログラム１７は、外部記憶装置１３にインストールされる。

なお、光学ドライブ，フラッシュメモリ・リーダライター等で読み取り可能な記録媒体１９にコンピュータプログラム１７を記録しておいてもよい。あるいは、コンピュータ１０が接続可能なネットワーク上のオンラインストレージにコンピュータプログラム１７を記録しておいてもよい。いずれにしても、コンピュータプログラム１７をコンピュータ１０のＨＤＤ，ＳＳＤ等にダウンロードすることで、あるいはＣＰＵ１１，メモリ１２に読み込むことで実行可能となる。

本実施形態のＣＰＵ１１は、外部記憶装置１３にインストールされたプログラムをメモリ１２上に読み込んで実行し、計算結果を出力装置１５に出力する。解析モデルとなるファン２を備えたファン装置１の形状は、例えば汎用の三次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）ソフトウェアで作成されたデータをコンピュータプログラム１７に流用することによって、あるいは入力装置１４からの入力によって設定される。また、通風解析に必要なデータは、入力装置１４からの入力に基づいて、あるいは予め与えられた値として設定される。

通風解析に必要なデータには、ファン２の形状データ，ファン２のＰＱカーブが規定されたＰＱ特性マップ，ファン２の停止時における圧損の実測値（以下「実測圧損値Paoff」という），ファン２の初期回転数Nf₁及び第二回転数Nf₂，車速等が含まれる。形状データとしては、ファン領域の軸流方向投影面積A_F，ブレード２Ｂの軸流方向投影面積Ab，ファン２の半径R，ファン領域の厚みd，ブレード２Ｂの枚数Mb，ファン２の個数Mfが挙げられる。ファン領域の軸流方向投影面積A_Fは、ファン領域をファン２の回転軸に沿う方向（軸流方向）に投影したときの面積であり、ブレード２Ｂの軸流方向投影面積Abは、ブレード２Ｂを同じく軸流方向に投影したときの面積である。ファン２の半径Rは、ファン２の回転軸中心からブレード２Ｂの外周縁までの長さであり、ファン領域の厚みdは、ファン領域における回転軸方向の長さである。また、ブレード２Ｂの枚数Mb，ファン２の個数Mfは、図１に示すファン装置１ではそれぞれがMb＝7，Mf＝2となる。なお、二つのファン２の構成が異なる場合には、ファン２毎に通風解析に必要なデータが設定される。

ファン２のＰＱカーブは、ファン２が有する「静圧（圧損）−風量特性」を表す線図（曲線）であり、回転数毎に異なる特性が予め与えられている。また、ＰＱ特性マップとは、回転数毎に圧損（P）と風量（Q）との関係を曲線グラフで表現したものである。通風解析では、少なくとも所定回転数NaでのＰＱカーブが予め設定されたＰＱ特性マップが用いられる。また、実測圧損値Paoffは、ファン２をオフにした（回転を拘束した）状態で、ファン２の上流側から下流側へと風を強制的に流通させたときの圧損を実際に測定した値であり、容易に取得することができる。

ファン２の初期回転数Nf₁は、通風解析で与える回転数Nf（入力値）の初期値であって、所定回転数Naと同一の値に設定される。ファン２の第二回転数Nf₂は、初期回転数Nf₁に所定値（例えば200[rpm]）を加算した値に設定される。また、車速は、熱流動場解析で入力値として用いられる値に設定される。

通風解析を実施するコンピュータプログラム１７の機能を図２中に模式的に示す。このコンピュータプログラム１７には、解析部１７ａ，補正部１７ｂ，設定部１７ｃ及び算出部１７ｄが設けられる。なお、これらの各要素は、電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

解析部１７ａは、上述した解析モデルを設定するとともに、ＭＲＦモデルを用いたＣＦＤ解析を実施することでファン２の圧損P及び風量Qを計算するものである。具体的には、解析部１７ａは、図１のファン装置１に対してファン領域及び周辺領域を設定するとともに、各領域の物体形状及び周囲の空間のメッシュを作成することで解析モデルを設定する。次いで、複数のメッシュのそれぞれに対して様々な数値データを設定し、ファン２の回転数Nfを入力値として与えてＣＦＤ解析を繰り返し実施する。本実施形態の解析部１７ａは、一回目及び二回目のＣＦＤ解析では、予め設定された初期回転数Nf₁及び第二回転数Nf₂を入力値として用い、三回目以降のＣＦＤ解析では、後述の算出部１７ｄから伝達される回転数Nfを入力値として用いる。このようにして、ファン２を回転数Nfで回転させたときの、計算上の圧損P及び風量Qが得られる。

解析部１７ａは、計算した風量Q（単位時間あたりの体積流量）をファン領域の軸流方向投影面積A_Fで除することで軸流方向の速度（軸流速度V_A）を計算し、軸流速度V_Aに対する旋回速度V_Rの比率で表されるスワール比S（＝V_R／V_A）を計算する。旋回速度V_Rは、ファン２の半径Rとファン２の角速度ωとの積で算出される。すなわち、解析部１７ａは、以下の式１に従ってファン領域でのスワール比Sを計算する。なお、ファン２の角速度ωは、回転数Nfに2πを乗ずることで計算される（ω＝2π×Nf）。解析部１７ａは、計算した圧損P及び風量Qを設定部１７ｃに伝達するとともに、計算したスワール比Sを補正部１７ｂに伝達する。

補正部１７ｂは、解析部１７ａで計算された圧損Pを補正するための圧損補正係数η_Pを算出して、圧損Pを圧損補正係数η_Pで補正するものである。ＭＲＦモデルを用いたＣＦＤ解析は、ブレード２Ｂを固定した状態で周囲の流体に回転ソースを与える計算方法であるため、流体とブレード２Ｂとの旋回方向の相対速度が過大評価され、計算される圧損Pも過大評価される。圧損補正係数η_Pは、この過大評価された圧損Pを補正して、実際の圧損（実圧損）に近付けるための係数である。補正部１７ｂは、圧損Pに圧損補正係数η_Pを乗じることで圧損Pを補正し、補正後の圧損値P′（＝η_P×P，以下「補正圧損値P′」という）を設定部１７ｃに伝達する。

圧損補正係数η_Pは、解析部１７ａで計算された圧損Pに対する、ファン２の作動時における実圧損の比率を意味する。したがって、ファン２が実際に作動したときの実圧損が既知であれば、圧損補正係数η_Pを求めることができる。一方、本解析は実圧損が未知である場合にも実施されうる。そこで、補正部１７ｂは、ファン２の作動時の実圧損を用いる代わりに、モデル計算によって圧力補正係数η_Pを算出する。

本実施形態の補正部１７ｂは、全体の圧損Pを軸流成分（軸流圧損P_A）と旋回成分（旋回圧損P_R）とに分解して、軸流成分の補正係数ξ_A（軸流補正係数ξ_A）及び旋回成分の補正係数ζ_R（旋回補正係数ζ_R）のそれぞれをモデル計算により算出する。そして、式２に示すように、二つの補正係数ξ_A，ζ_Rと所定の圧損配分λ_Aとに基づき、圧損補正係数η_Pを算出する。

軸流補正係数ξ_Aは、「補正前のＣＦＤ解析で得られた軸流圧損P_A」に対する、「ファン２の作動時における実測された圧損Pの軸流成分」の比率を表す。一方、旋回補正係数ζ_Rは、「ファン２の作動時における実測された圧損Pの旋回成分」に対する、「補正前のＣＦＤ解析で得られた旋回圧損P_R」の比率を表す。

二つの補正係数ξ_A，ζ_Rの算出方法について説明する。補正部１７ｂは、スワール比Sとファン２の形状データとに基づいて軸流補正係数ξ_A及び旋回補正係数ζ_Rを算出する。具体的には、補正部１７ｂは、スワール比Sの関数で表現されるブレード２Ｂの軸流投影面積比を用いて軸流補正係数ξ_Aを算出する。また、ブレード２Ｂと旋回方向の流体粒子との衝突頻度をスワール比Sで線形近似することで、旋回補正係数ζ_Rを算出する。軸流補正係数ξ_A，旋回補正係数ζ_Rの算出式のそれぞれを式３，式４に示す。何れの補正係数ξ_A，ζ_Rも1以上の値となるように、算出された値が1を下回る場合には1でクリップされる。

次に、圧損配分λ_Aの算出方法について説明する。圧損配分λ_Aは、二つの補正係数ξ_A，ζ_Rをどの程度の割合で圧損補正係数η_Pに反映させるのか（圧損補正係数η_Pに対する度合い）を決めるための係数である。圧損配分λ_Aは、式５に示すように、全体の圧損Pに対する軸流圧損P_Aの比率を表す。一方、軸流圧損P_Aは、低車速域においてファンオフ時の圧損特性と一致する傾向にあるため、本実施形態では実測圧損値Paoffで近似する（P_A≒Paoff）。また、圧損Pに対する実測圧損値Paoffの比率が1.0を超える場合には1.0でクリップする。すなわち補正部１７ｂは、式６に示すように、解析部１７ａで計算された圧損Pに対する実測圧損値Paoffの比率を、圧損配分λ_Aとして算出する。

設定部１７ｃは、補正圧損値P′及び風量QをＰＱ特性マップ上における計算上のＰＱ点として設定するものである。このＰＱ点は、ＣＦＤ解析により計算された圧損P及び風量Qの関係を示す点に関し、特に、圧損Pのみを圧損補正係数η_Pで補正することで得られた補正圧損値P′及び風量Qの関係を示す点である。本実施形態の設定部１７ｃは、図３（ａ）に示すように、横軸に風量，縦軸に圧損をとり、所定回転数NaにおけるＰＱカーブが設定されたＰＱ特性マップ上に、設定したＰＱ点〔すなわち座標（Q，P′）〕をプロットしてＰＱマップを作成する。設定部１７ｃは、ＣＦＤ解析が実施される毎にＰＱ点を設定する。このため、ＰＱマップにはＣＦＤ解析の実施回数と同じ個数のＰＱ点がプロットされる。

図３（ａ）は、四つのＰＱ点（ＰＱ₁〜ＰＱ₄）がプロットされたＰＱマップの例である。ＰＱの下付き添え字は、そのＰＱ点が何回目のＣＦＤ解析の結果に基づいて設定されたものであるのかを示す数であり、ＣＦＤ解析の実施回数に対応する。例えば図中の「ＰＱ₁」は、一回目のＣＦＤ解析（すなわち初期回転数Nf₁を入力値としたＣＦＤ解析）の結果に基づいて設定されたＰＱ点を示す。また、図中の破線で示す矢印はＰＱ点の変化を示すものである。

算出部１７ｄは、設定部１７ｃで設定されたＰＱ点と所定回転数NaにおけるＰＱカーブとのずれ量Gが所定値Gth以下となるような回転数Nf（入力値）を「仮想回転数Nv」として算出するものである。すなわち、算出部１７ｄは、G≦Gthとなるまで回転数Nfを調整して、調整後の回転数Nfを次回の入力値として解析部１７ａに伝達することで、ＣＦＤ解析を繰り返し実施させる（ＣＦＤ解析，圧損補正，ＰＱ点の設定を再実施させる）。そして、G≦Gthとなったときの回転数Nfを、仮想回転数Nvとして算出する。ずれ量Gは、ＰＱ点からＰＱカーブまでの最短距離（G≧0）とされる。また、所定値Gthは、通風解析の精度及び時間（回数）を考慮して適宜設定される。例えば、「通風解析の精度」を「解析に要する時間（仮想回転数Nvが得られるまでの時間）」よりも重視する場合には、所定値Gthを0に近い小さな値にすればよい。

算出部１７ｄは、設定部１７ｃで作成されたＰＱマップを用いて、ずれ量Gが所定値Gth以下であるか否かを判定する。そして、G＞Gthであれば次回のＣＦＤ解析で用いる回転数Nfを算出して解析部１７ａにその値を伝達し、G≦Gthであれば「そのときのＰＱ点の設定に用いられた回転数Nfが仮想回転数Nvである」と決定する。

本実施形態の算出部１７ｄは、図３（ｂ）に示すように、ＰＱカーブの上方及び下方のそれぞれに所定値GthだけＰＱカーブを平行移動させた二本の判定線（図中一点鎖線）を設け、ＰＱ点が二本の判定線の内側にあればG≦Gthであると判定し、外側にあればG＞Gthであると判定する。図３（ｂ）に示す例では、三回目のＣＦＤ解析で得られたＰＱ点（ＰＱ₃）が二本の判定線の外側に位置することから、算出部１７ｄはこのＰＱ点（ＰＱ₃）の設定に用いられた回転数Nfを調整して次回のＣＦＤ解析で用いる回転数Nf（調整後の回転数）を算出する。一方、四回目のＣＦＤ解析で得られたＰＱ点（ＰＱ₄）は二本の判定線の内側にあることから、算出部１７ｄは今回（四回目）のＣＦＤ解析で用いられた回転数Nfを仮想回転数Nvとして算出する。

G＞Gthである場合の演算内容に関して、算出部１７ｄは、ＰＱカーブと、直近の二つのＰＱ点と、これら二つのＰＱ点を設定するために解析部１７ａで用いられた二つの回転数Nfとに基づいて、次回のＣＦＤ解析で用いる回転数Nf（調整後の回転数）を算出する。ここでいう「直近の二つのＰＱ点」とは、複数のＰＱ点がプロットされている場合に、直近の二回のＣＦＤ解析で得られたＰＱ点を意味する。すなわち、現在設定中のＰＱ点（以下「現在のＰＱ点」という）と、前回設定されたＰＱ点（以下「前回のＰＱ点」という）とが「直近の二つのＰＱ点」となる。

具体的には図４に示すように、算出部１７ｄは、現在のＰＱ点（ＰＱ_i）からＰＱカーブに対して水平線（Ｘ軸に平行な直線）及び垂直線（Ｙ軸に平行な直線）を引き、これらの水平線，垂直線とＰＱカーブとの交点同士を直線で結ぶことでＰＱカーブを直線近似する。次いで、現在のＰＱ点（ＰＱ_i）からこの直線に下ろした垂線の長さLと、直近の二つのＰＱ点（ＰＱ_i，ＰＱ_i-1）の座標に基づき、現在のＰＱ点と前回のＰＱ点との距離Dとを算出する。そして、距離Dに対する長さLの比率に、二つの回転数Nf（Nf_i，Nf_i-1）の差の絶対値を乗じることで、回転数Nfの調整量ΔNfを求める。

さらに、現在のＰＱ点（ＰＱ_i）の位置が、ＰＱカーブ（あるいはＰＱカーブを直線近似した直線）よりも下側か上側かを判断する。そして、解析部１７ａで用いられた今回の入力値（回転数Nf_i）に対して、ＰＱ点が下側であれば調整量ΔNfを加算し、ＰＱ点が上側であれば調整量ΔNfを減算する。このようにして、算出部１７ｄは次回のＣＦＤ解析で用いる入力値（回転数Nf_i+1）を求める。調整後の回転数Nfの算出方法を数式で表すと、式７，８の通りとなる。式７はＰＱ点が下側にあるときの数式であり、式８はＰＱ点が上側にあるときの数式である。

つまり、現在のＰＱ点がＰＱカーブよりも下側にあれば（例えば図３中のＰＱ₁，ＰＱ₂では）、次回の回転数Nfが増大方向に調整され、反対に、現在のＰＱ点がＰＱカーブよりも上側にあれば（例えば図３中のＰＱ₃では）、次回の回転数Nfが減少方向に調整される。これにより、ＰＱ点が徐々にＰＱカーブに近づいていく。ＰＱ点がＰＱカーブの曲線上に対して十分に近づいたときの回転数Nfは、ＣＦＤ解析において、所定回転数Naに対応する実際の通過風速がシミュレートされうる回転数となる。算出部１７ｄはこの回転数を「所定回転数Naに対応する仮想回転数Nv」として算出し、その後の熱流動場解析で利用可能なデータとしてこれを外部記憶装置１３内に記録する。

［３．フローチャート］
図５は、上記のコンピュータ１０がコンピュータプログラム１７を実行する際の手順（通風解析方法）を示すフローチャートである。
ステップＴ１０は、初期設定のステップである。すなわち、ステップＴ１０では、解析モデルとなるファン２を備えたファン装置１の元データと、通風解析に必要なデータとが用意され、あるいは外部記憶装置１３や入力装置１４等から入力される。例えば、ファン２の形状データ，所定回転数NaでのＰＱカーブが規定されたＰＱ特性マップ，ファン２の実測圧損値Paoff，初期回転数Nf₁，第二回転数Nf₂，車速等の値が作業者によって設定される。

ステップＴ２０，Ｔ２２は、解析部１７ａにおいて実施される処理（解析ステップ）である。ステップＴ２０では、前ステップで用意された元データに基づき、ファン装置１を模した解析モデルが設定される。続くステップＴ２２では、回転数Nfを入力値としたＣＦＤ解析が実施され、ファン２の圧損P及び風量Qが計算されるとともに、風量Qからファン領域でのスワール比Sが計算される。なお、一回目及び二回目のＣＦＤ解析では、ステップＴ１０で設定された初期回転数Nf₁及び第二回転数Nf₂のそれぞれが入力値として用いられる。図５に示すように、以上の三つの処理（ステップＴ１０〜Ｔ２２）が、通風解析における上述した第一工程（ＭＲＦモデルを用いたＣＦＤ解析）である。

ステップＴ３０〜Ｔ３８は、補正部１７ｂにおいて実施される処理（補正ステップ）である。ステップＴ３０では、スワール比Sで表現されるブレード２Ｂの軸流投影面積比を用いて軸流補正係数ξ_Aが算出される。すなわち、ステップＴ２０で計算されたスワール比SとステップＴ１０で設定された形状データとが上記の式３に代入され、軸流補正係数ξ_Aが算出される。続くステップＴ３２では、ブレード２Ｂと旋回方向の流体粒子との衝突頻度をスワール比Sで線形近似することで旋回補正係数ζ_Rが算出される。すなわち、ステップＴ２０で計算されたスワール比SとステップＴ１０で設定された形状データとが上記の式４に代入され、旋回補正係数ζ_Rが算出される。

ステップＴ３４では、ステップＴ２２で計算された圧損PとステップＴ１０で設定された実測圧損値Paoffとが上記の式６に代入され、圧損配分λ_Aが算出される。続くステップＴ３６では、ステップＴ３０及び３２で算出された二つの補正係数ξ_A，ζ_RとステップＴ３４で算出された圧損配分λ_Aとが上記の式２に代入され、圧損補正係数η_Pが算出される。ステップＴ３８では、前ステップで算出された圧損補正係数η_PとステップＴ２２で計算された圧損Pとが乗算されて、補正圧損値P′が算出される。以上の五つの処理（ステップＴ３０〜Ｔ３８）が、通風解析における上述した第二工程（ＭＲＦ補正計算）である。

ステップＴ４０，Ｔ４２は、設定部１７ｃにおいて実施される処理（設定ステップ）である。ステップＴ４０では、ステップＴ２２で計算された風量Qと前ステップで算出された補正圧損値P′とが計算上のＰＱ点として設定される。これにより、例えば一回目のＣＦＤ解析では、図３（ａ）中における一番目のＰＱ点（ＰＱ_１）が算出される。続くステップＴ４２では、ステップＴ１０で設定されたＰＱ特性マップ上に、前ステップで設定されたＰＱ点がプロットされてＰＱマップが作成される。なお、ＰＱカーブは所定回転数Naが変更されない限り同一であるため、再びステップＴ４２が実行されたときは新たなＰＱ点のプロットのみが行われる。

ステップＴ５０〜Ｔ５４は、算出部１７ｄにおいて実施される処理（算出ステップ）である。ステップＴ５０では、ＰＱ点とＰＱカーブとのずれ量Gが所定値Gth以下であるか否かが判定される。G＞Gthであれば、ステップＴ５２において次のＣＦＤ解析で用いられる回転数Nfが算出される。なお、二回目のＣＦＤ解析の入力値は第二回転数Nf₂として設定されるため、初めてステップＴ５２に進んだときは、ステップＴ１０で設定された第二回転数Nf₂が次回の回転数Nfに決定される。

二回目以降にステップＴ５２に進んだときは、ＰＱカーブと、直近の二つのＰＱ点と、これら二つのＰＱ点を設定するためにステップＴ２２で用いられた二つの回転数Nfとに基づき、次回の回転数Nf（調整後の回転数）が算出される。そして、ステップＴ５２からステップＴ２２へ戻り、ステップＴ２２からの処理が再び実施される。すなわち、ステップＴ５２で算出された回転数Nfが次のＣＦＤ解析の入力値として解析部１７ａに伝達され、ＣＦＤ解析が繰り返される。

ステップＴ５０においてG≦Gthであると判定されると、ステップＴ５４において、直前のステップＴ２２で用いられた回転数Nfが仮想回転数Nvであると算出，決定され、仮想回転数Nvが外部記憶装置１３に記録されるとともに、出力装置１５から出力される。すなわち、G≦Gthとなった時点での回転数Nfが仮想回転数Nvとして算出，決定されるとともに出力されて、このフローを終了する。以上の五つの処理（ステップＴ４０〜Ｔ５４）が、通風解析における上述した第三工程である。

なお、熱流動場解析で複数の入力値が必要な場合には、ステップＴ１０において新たな所定回転数NaでのＰＱカーブや初期回転数Nf₁，第二回転数Nf₂等が設定され、上述と同様の処理（ステップＴ２０〜Ｔ５４）が再び実施される。これにより、その後の熱流動場解析で利用可能な、複数の所定回転数Naに対応する仮想回転数Nvのデータが取得される。

［４．作用，効果］
図６は、ラジエータを通過する風速を計算（シミュレーション）したときの精度を車速毎に比較して示すグラフである。縦軸の精度は、ラジエータの通過風速を実際に測定した実測値に対する、実測値と計算値との差の割合を表すものであり、実測値と計算値とが一致したとき（すなわち0[%]）が最も精度が高い。シミュレーションは、アイドリング状態，低車速状態，中車速状態の三つの状態について実施した。

図中の各車速状態における三種類の棒グラフのうち、右側の棒グラフ（ＭＲＦ補正計算後）は、上述の通風解析により取得した仮想回転数Nvを入力値として求めた通過風速の精度である。一方、左側の棒グラフ（従来技術）は、ファン２の通過風速の実測値を用いた従来の手法により取得した回転数を入力値として求めた通過風速の精度である。また、中央の棒グラフ（ＭＲＦ補正計算前）は、上述の解析部１７ａで計算された風速Qから求めた通過風速（すなわち軸流速度V_A）の精度である。

図６に示すように、上述の通風解析により取得した仮想回転数Nvを入力値とすることで、ラジエータの通過風速の計算精度が向上する。特に、アイドリング状態及び低車速状態では、中央の棒グラフと比較すると、上述の通風解析を実施することで計算精度が格段に向上していることがわかる。これは、ＣＦＤ解析において過大評価される圧損Pが適切に補正されていることを意味する。また、上述の通風解析を実施することで、ファン２の通過風速の実測値を用いなくても、従来の手法と同程度の計算精度が得られる。

（１）上述の通風解析方法，通風解析装置１０及び通風解析プログラム１７によれば、通過風速の実測値の代わりにＰＱカーブを用いることで、過大評価される圧損Pを補正することができる。また、圧損補正係数η_Pの値が圧損Pに対するファン２の作動時における実圧損の比率として算出されるため、ＭＲＦモデルを用いたＣＦＤ解析で過大評価された圧損Pの大きさを適正化するための係数を精度よく求めることができる。これにより、仮想回転数Nvを入力値としてファン２の通過風速を計算したときの結果（計算上の通過風速）を、所定回転数Naでファン２を回転させたときの実現象（実際の通過風速）に近付けることができる。このため、ファン２が配置される空間内（例えばエンジンルーム内）の熱流動場解析において、所定回転数Naの代わりに仮想回転数Nvを用いれば、所定回転数Naでファン２を回転させたときの通過風速と同程度の通過風速を与えたことになるため、熱流動場解析の精度を向上させることができる。

また、算出部１７ｄでは、ずれ量Gが所定値Gth以下となるまで回転数Nfを調整し、調整後の回転数Nfを解析部１７ａへと伝達してＣＦＤ解析からやり直させる。そして、ずれ量Gが所定値Gth以下となったときの回転数Nfを仮想回転数Nvとして算出する。このように、回転数Nfを調整しながらＣＦＤ解析を繰り返すことで、ＰＱカーブに対してＰＱ点を着実に近づけていくことができる。これにより、通過風速の実測値を用いることなく、所定回転数Naに対応する仮想回転数Nvを求めることができ、熱流動場解析の精度を高めることができる。

（２）補正部１７ｂでは、圧損Pを二つの成分に分け、各成分の補正係数ξ_A，ζ_Rがモデル計算により算出される。そして、これらの補正係数ξ_A，ζ_Rと圧損配分λ_Aとに基づき圧損補正係数η_Pが算出され、圧損Pが補正される。これにより、圧損補正係数η_Pの算出精度が向上することになり、圧損Pの補正精度を高めることができ、ひいては熱流動場解析の精度を向上させることができる。
（３）さらに、二つの補正係数ξ_A，ζ_Rは、スワール比S（＝旋回速度V_R／軸流速度V_A）とファン２の形状データとに基づいて算出されることから、ファン２の作動状態に応じた圧損補正係数η_Pを算出することができる。これにより、圧損Pの補正精度をより高めることができ、ひいては熱流動場解析の精度をより向上させることができる。

（４）ＭＲＦモデルを用いたＣＦＤ解析では、実際には回転するファン２のブレード２Ｂを固定した状態で計算することから、軸流方向の投影面積比に違いが生じ、計算上の軸流圧損が過小評価されうる。これに対し、上述の通風解析では、スワール比Sの関数で表現されるブレード２Ｂの軸流投影面積比に、ブレード２Ｂが回転することによる掃引面積の影響を加味して軸流補正係数ξ_Aをモデル化した。このため、流体だけでなくブレード２Ｂの回転効果も簡易的に計算できるとともに、ファン２の作動状態に応じた圧損補正係数η_Pを簡単に算出することができる。これにより、圧損Pの補正精度をより高めることができ、ひいては熱流動場解析の精度をより向上させることができる。

（５）また、ＭＲＦモデルを用いたＣＦＤ解析では、実際には回転するファン２のブレード２Ｂを固定した状態で計算することから、旋回方向のブレード２Ｂと流体との間における衝突頻度に違いが生じ、計算上の旋回圧損が過大評価されうる。これに対し、上述の通風解析では、ブレード２Ｂと旋回方向の流体粒子との衝突頻度にブレード２Ｂが回転することによる低減効果を加味し、衝突頻度をスワール比Sで線形近似した旋回補正係数ζ_Rをモデル化した。このため、流体だけでなくブレード２Ｂの回転効果も簡易的に計算できるとともに、ファン２の作動状態に応じた圧損補正係数η_Pを簡単に算出することができる。これにより、圧損Pの補正精度をより高めることができ、ひいては熱流動場解析の精度をより向上させることができる。

（６）補正部１７ｂでは、圧損Pに対する実測圧損値Paoff（ファンオフ時の圧損の実測値）の比率が圧損配分λ_Aとして算出される。実測圧損値Paoffは、ファン２の実際の通過風速を測定する場合と比較して容易に測定，取得できることから、圧損配分λ_Aを簡単に算出することができる。これにより、ファン２をオフにした状態で実測された実測圧損値Paoffが反映された圧損補正係数η_Pを用いて圧損Pを補正することが可能となり、圧損Pの補正を高い精度で簡単に実施することができる。

（７）調整後の回転数Nfは、ＰＱカーブと、直近の二つのＰＱ点と、これら二つのＰＱ点を設定するためにＣＦＤ解析で用いられた二つの入力値（回転数Nf）とに基づいて算出される。このように、直近の情報に基づき次回のＣＦＤ解析の入力値となる回転数Nfを算出することで、ＰＱ点をＰＱカーブに速やかに近づけていくことができ、通風解析の収束性を高めることができる。

［５．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記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で種々変形して実施することができる。
上述の通風解析では、圧損補正係数η_Pを、二つの補正係数ξ_A，ζ_Rと圧損配分λ_Aとから求めているが、圧損補正係数η_P，二つの補正係数ξ_A，ζ_Rと，圧損配分λ_Aのそれぞれの求め方は上述した方法に限られない。例えば何れかの係数を予め設定された固定値としてもよいし、スワール比S以外の関数で表現される数式を用いて二つの補正係数ξ_A，ζ_Rをモデル化（算出）してもよい。
なお、上述の実施形態では、解析対象としてファン２を例示したが、解析対象は軸流ファンであればよく、エンジンルーム内に配置されるラジエータのファン装置１に限られない。

１ ファン装置
２ ファン（軸流ファン）
２Ｂ ブレード
１０ コンピュータ（通風解析装置）
１７ コンピュータプログラム（通風解析プログラム）
１７ａ 解析部
１７ｂ 補正部
１７ｃ 設定部
１７ｄ 算出部
η_P 圧損補正係数
ξ_A 軸流補正係数（軸流成分の補正係数）
ζ_R 旋回補正係数（旋回成分の補正係数）
λ_A 圧損配分
P 圧損
P_A 軸流圧損（軸流成分の圧損）
P_R 旋回圧損（旋回成分の圧損）
Paoff 実測圧損値
P′ 補正圧損値（補正後の圧損値）
Q 風量
S スワール比
Na 所定回転数
Nf ファンの回転数，入力値
Nv 仮想回転数

Claims (15)

1. ＭＲＦモデルをファンモデルとした軸流ファンのＣＦＤ解析において、前記軸流ファンの実回転数に対応する通過風速と等価な計算上の通過風速を発生させる演算上の仮想回転数を算出する処理をコンピュータに実行させる通風解析方法であって、
   前記軸流ファンの回転数を入力値とする前記ＣＦＤ解析により前記軸流ファンの圧損及び風量を計算する解析ステップと、
   前記圧損に対する前記軸流ファンの作動時における実圧損の比率を表す圧損補正係数を算出して、前記圧損を前記圧損補正係数で補正する補正ステップと、
   補正後の圧損値と前記風量とを前記軸流ファンのＰＱ特性マップ上における計算上のＰＱ点として設定する設定ステップと、
   前記ＰＱ点と前記軸流ファンの所定回転数におけるＰＱカーブとのずれ量が所定値を超える場合に前記入力値を変更して前記解析ステップ，前記補正ステップ及び前記設定ステップを再実施させ、前記ずれ量が前記所定値以下である場合に前記入力値を前記仮想回転数として算出する算出ステップと、
   を備えたことを特徴とする、軸流ファンの通風解析方法。
2. 前記補正ステップでは、前記圧損を軸流成分と旋回成分とに分解した各成分の補正係数をモデル計算により算出し、二つの前記補正係数と所定の圧損配分とに基づいて前記圧損補正係数を算出する
   ことを特徴とする、請求項１記載の軸流ファンの通風解析方法。
3. 前記解析ステップでは、前記ブレードを含むファン領域でのスワール比を計算し、
   前記補正ステップでは、前記スワール比と前記軸流ファンの形状データとに基づいて前記二つの補正係数を算出する
   ことを特徴とする、請求項２記載の軸流ファンの通風解析方法。
4. 前記補正ステップでは、前記スワール比の関数で表現される前記ブレードの軸流投影面積比を用いて軸流成分の前記補正係数を算出する
   ことを特徴とする、請求項３記載の軸流ファンの通風解析方法。
5. 前記補正ステップでは、前記ブレードと旋回方向の流体粒子との衝突頻度を前記スワール比で線形近似することで旋回成分の前記補正係数を算出する
   ことを特徴とする、請求項３又は４記載の軸流ファンの通風解析方法。
6. 前記補正ステップでは、前記圧損に対する、前記軸流ファンの停止時における圧損の実測値の比率を、前記圧力配分として算出する
   ことを特徴とする、請求項２〜５の何れか１項に記載の軸流ファンの通風解析方法。
7. 前記算出ステップでは、前記ずれ量が前記所定値を超える場合に、前記ＰＱカーブと、直近の二つの前記ＰＱ点と、当該二つのＰＱ点を設定するために前記解析ステップで用いられた二つの前記入力値とに基づいて、前記入力値を変更する
   ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の軸流ファンの通風解析方法。
8. ＭＲＦモデルをファンモデルとした軸流ファンのＣＦＤ解析において、前記軸流ファンの実回転数に対応する通過風速と等価な計算上の通過風速を発生させる、演算上の仮想回転数を算出する処理を実行する通風解析装置であって、
   前記軸流ファンの回転数を入力値として前記ＣＦＤ解析により前記軸流ファンの圧損及び風量を計算する解析部と、
   前記圧損に対する前記軸流ファンの作動時における実圧損の比率を表す圧損補正係数を算出して、前記圧損を前記圧損補正係数で補正する補正部と、
   補正後の圧損値と前記解析部で計算された前記風量とを前記軸流ファンのＰＱ特性マップ上における計算上のＰＱ点として設定する設定部と、
   前記ＰＱ点と前記軸流ファンの所定回転数におけるＰＱカーブとのずれ量が所定値を超える場合に前記入力値を変更して前記解析部，前記補正部及び前記設定部の処理を再実施させ、前記ずれ量が前記所定値以下である場合に前記入力値を前記仮想回転数として算出する算出部と、
   を備えたことを特徴とする、軸流ファンの通風解析装置。
9. 前記補正部は、前記圧損を軸流成分と旋回成分とに分解した各成分の補正係数をモデル計算により算出し、二つの前記補正係数と所定の圧損配分とに基づいて前記圧損補正係数を算出する
   ことを特徴とする、請求項８記載の軸流ファンの通風解析装置。
10. 前記解析部は、前記ブレードを含むファン領域でのスワール比を計算し、
    前記補正部は、前記スワール比と予め設定された前記軸流ファンの形状データとに基づいて、前記二つの補正係数を算出する
    ことを特徴とする、請求項９記載の軸流ファンの通風解析装置。
11. 前記補正部は、前記スワール比の関数で表現される前記ブレードの軸流投影面積比を用いて軸流成分の前記補正係数を算出する
    ことを特徴とする、請求項１０記載の軸流ファンの通風解析装置。
12. 前記補正部は、前記ブレードと旋回方向の流体粒子との衝突頻度を前記スワール比で線形近似することで旋回成分の前記補正係数を算出する
    ことを特徴とする、請求項１０又は１１記載の軸流ファンの通風解析装置。
13. 前記補正部は、前記圧損に対する、予め設定された前記軸流ファンの停止時における軸流方向の圧損の実測値の比率を、前記圧力配分として算出する
    ことを特徴とする、請求項９〜１２の何れか１項に記載の軸流ファンの通風解析装置。
14. 前記算出部は、前記ずれ量が前記所定値を超える場合に、前記ＰＱカーブと、直近の二つの前記ＰＱ点と、当該二つのＰＱ点を設定するために前記解析部で用いられた二つの前記入力値とに基づいて、前記入力値を変更する
    ことを特徴とする、請求項９〜１３の何れか１項に記載の軸流ファンの通風解析装置。
15. ＭＲＦモデルをファンモデルとした軸流ファンのＣＦＤ解析において、前記軸流ファンの実回転数に対応する通過風速と等価な計算上の通過風速を発生させる演算上の仮想回転数を算出する処理を実行する通風解析プログラムであって、
    前記軸流ファンの回転数を入力値とする前記ＣＦＤ解析により前記軸流ファンの圧損及び風量を計算する解析ステップと、
    前記圧損に対する前記軸流ファンの作動時における実圧損の比率を表す圧損補正係数を算出して、前記圧損を前記圧損補正係数で補正する補正ステップと、
    補正後の圧損値と計算された前記風量とを前記軸流ファンのＰＱ特性マップ上における計算上のＰＱ点として設定する設定ステップと、
    前記ＰＱ点と前記軸流ファンの所定回転数におけるＰＱカーブとのずれ量が所定値を超える場合に前記入力値を変更して前記解析ステップ，前記補正ステップ及び前記設定ステップを再実施させ、前記ずれ量が前記所定値以下である場合に前記入力値を前記仮想回転数として算出する算出ステップと、
    をコンピュータに実行させることを特徴とする、軸流ファンの通風解析プログラム。

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