JPH06195425A - 流体の数値解析方法 - Google Patents
流体の数値解析方法Info
- Publication number
- JPH06195425A JPH06195425A JP4343905A JP34390592A JPH06195425A JP H06195425 A JPH06195425 A JP H06195425A JP 4343905 A JP4343905 A JP 4343905A JP 34390592 A JP34390592 A JP 34390592A JP H06195425 A JPH06195425 A JP H06195425A
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- virtual
- flow passage
- condition
- flow
- inflow
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【構成】円柱等の物体を含み流入流出境界に周期条件を
課した仮想流路を設け、仮想流路内の物体５の個数・形
状・位置、或いは、仮想流路の長さにより調節された乱
れを含んだ仮想流路の流出条件を解析流路の流入条件と
して与える。 【効果】解析領域の流入境界において、実際の流れの状
態に近い条件を与えることができるため高精度な流体解
析ができる。
課した仮想流路を設け、仮想流路内の物体５の個数・形
状・位置、或いは、仮想流路の長さにより調節された乱
れを含んだ仮想流路の流出条件を解析流路の流入条件と
して与える。 【効果】解析領域の流入境界において、実際の流れの状
態に近い条件を与えることができるため高精度な流体解
析ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体機械や原子力配管
などの流体関連機器内の流体の数値解析方法に係わり、
特に、流入境界における乱れ強度を調節可能な流入境界
条件の実現方法に関する。
などの流体関連機器内の流体の数値解析方法に係わり、
特に、流入境界における乱れ強度を調節可能な流入境界
条件の実現方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】流体機械や原子力配管などの流体関連機
器内の流れを数値解析により求める場合、計算機記憶容
量や計算時間等の制約から、羽根車部や分岐・合流部な
どの領域を解析流路として解析するのが一般的である。
このような場合、解析流路の流入境界に対応する位置で
実際の流れは乱れを含んでおり、数値解析においてはこ
の乱れを適切に与えることが精度の高い解析を実現する
上で重要となる。従来、解析流路の流入境界において乱
れを与える方法には、例えば、平均流速分布に乱数を重
ね合わせたり、或いは、乱れを生成するための仮想流路
を設けその流出条件を解析流路の流入条件として用いる
といった方法がとられていた。このような方法は、例え
ば、エンジニアリング タービュレンス モデリング
アンド イクスペリメンツ(１９９０年）第２７９頁か
ら２８６頁(Engineering TurbulenceModelling and Exp
eriments 1990)に記載されている。
器内の流れを数値解析により求める場合、計算機記憶容
量や計算時間等の制約から、羽根車部や分岐・合流部な
どの領域を解析流路として解析するのが一般的である。
このような場合、解析流路の流入境界に対応する位置で
実際の流れは乱れを含んでおり、数値解析においてはこ
の乱れを適切に与えることが精度の高い解析を実現する
上で重要となる。従来、解析流路の流入境界において乱
れを与える方法には、例えば、平均流速分布に乱数を重
ね合わせたり、或いは、乱れを生成するための仮想流路
を設けその流出条件を解析流路の流入条件として用いる
といった方法がとられていた。このような方法は、例え
ば、エンジニアリング タービュレンス モデリング
アンド イクスペリメンツ(１９９０年）第２７９頁か
ら２８６頁(Engineering TurbulenceModelling and Exp
eriments 1990)に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】流入境界において平均
流速分布に乱数を付加した流速分布を与えても、乱数に
よる流速成分は流体の連続の条件を満たさないためすぐ
に減衰してしまい、十分な強度の乱れを与えることがで
きない。また、従来の仮想流路を用いた方法では乱れ強
度を調節することができないため、実際の流れに対応す
る乱れ強度を解析流路の流入条件として与えることがで
きなかった。
流速分布に乱数を付加した流速分布を与えても、乱数に
よる流速成分は流体の連続の条件を満たさないためすぐ
に減衰してしまい、十分な強度の乱れを与えることがで
きない。また、従来の仮想流路を用いた方法では乱れ強
度を調節することができないため、実際の流れに対応す
る乱れ強度を解析流路の流入条件として与えることがで
きなかった。
【０００４】本発明の目的は、解析流路の流入境界にお
いて、任意の強度の乱れを与えられる流入境界条件を考
案し、高精度な流体解析法を提供することにある。
いて、任意の強度の乱れを与えられる流入境界条件を考
案し、高精度な流体解析法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、解析流路
とは別に、円柱などの仮想物体を含み流入・流出境界に
周期条件を課した仮想流路を設け、仮想物体の形状・個
数・位置を調節するか、もしくは、仮想流路の主流方向
の長さを可変とし、仮想流路の流出条件を解析流路の流
入条件として与えることにより達成される。
とは別に、円柱などの仮想物体を含み流入・流出境界に
周期条件を課した仮想流路を設け、仮想物体の形状・個
数・位置を調節するか、もしくは、仮想流路の主流方向
の長さを可変とし、仮想流路の流出条件を解析流路の流
入条件として与えることにより達成される。
【０００６】
【作用】流れの中に置かれた物体はその背後に乱れを生
成する。仮想流路の流出境界と流入境界には周期条件が
課されているので、仮想流路の流出境界から流出する乱
れを含んだ流れは流入境界から再流入するため仮想流路
内に十分な強度の乱れを得ることができる。一般に、物
体背後に生成される乱れ強度は物体の位置・形状・数に
より変化するのでこれらを調節することにより仮想流路
で得られる乱れ強度を調節することが可能である。ま
た、仮想流路内の物体の背後に生成された乱れ強度は下
流に行くに従って徐々に減衰するので、仮想流路の長さ
が長ければ、仮想流路の流入境界から再流入する乱れ強
度は弱くなり、逆に仮想流路の長さが短ければ再流入す
る乱れ強度は強くなる。従って、仮想流路の長さを変え
ることによっても仮想流路で得られる乱れ強度を調節す
ることができる。
成する。仮想流路の流出境界と流入境界には周期条件が
課されているので、仮想流路の流出境界から流出する乱
れを含んだ流れは流入境界から再流入するため仮想流路
内に十分な強度の乱れを得ることができる。一般に、物
体背後に生成される乱れ強度は物体の位置・形状・数に
より変化するのでこれらを調節することにより仮想流路
で得られる乱れ強度を調節することが可能である。ま
た、仮想流路内の物体の背後に生成された乱れ強度は下
流に行くに従って徐々に減衰するので、仮想流路の長さ
が長ければ、仮想流路の流入境界から再流入する乱れ強
度は弱くなり、逆に仮想流路の長さが短ければ再流入す
る乱れ強度は強くなる。従って、仮想流路の長さを変え
ることによっても仮想流路で得られる乱れ強度を調節す
ることができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３に
より説明する。
より説明する。
【０００８】ここでは、本発明を利用し熱交換機伝熱管
周りの気流を解析した例を説明する。熱交換機入り口に
おける乱れ強度は熱交換機の伝熱性能や流路損失に大き
な影響を及ぼすため解析において流入境界の乱れ強度を
正確に与えることが重要である。本実施例における流体
解析のフローチャートを図１に、また、解析流路及び仮
想流路を図２に示す。
周りの気流を解析した例を説明する。熱交換機入り口に
おける乱れ強度は熱交換機の伝熱性能や流路損失に大き
な影響を及ぼすため解析において流入境界の乱れ強度を
正確に与えることが重要である。本実施例における流体
解析のフローチャートを図１に、また、解析流路及び仮
想流路を図２に示す。
【０００９】先ず、実験等により知れている流入乱れ強
度ｋｏを入力する（ステップ１）。解析流路Ａ及び仮想
流路Ｂの形状を設定する（ステップ２，３）。ここに、
解析流路の形状は実際の熱交換機の流路形状を反映して
いる必要があるが、仮想流路は乱れを生成するためのも
のなのでその形状は任意である。本実施例では図２に示
すような長方形の流路に円柱を並列に２個配置した流路
を仮想流路として用いる。それぞれの流路を差分メッシ
ュに分割する（ステップ４）。仮想流路の流出条件を解
析流路の流入条件とするために接合境界Ｃを設定する
（ステップ５）。また、仮想流路において乱れを発達さ
せるためにその流入・流出境界には周期条件を設定する
（ステップ６）。仮想流路の乱れ強度は本実施例では仮
想流路の長さを変えることにより調節する。実際の解析
では物理空間と解析空間との変換パラメータαを変える
ことにより、領域のメッシュ分割をし直すことなく、等
価的に仮想流路の長さを変えることができる。パラメー
タαに適当な初期値を設定し（ステップ７）、仮想流路
の流れ計算を収束するまで行う（ステップ８）。ここ
に、気流の解析法自体は公知技術であり、例えば、エフ
・イー・デー ボリューム １１７ アドバンシーズ
イン ニューメリカル シミュレーション オブタービ
ュレント フロウズ エー・エス・エム・イー（１９９
１年）第４９頁から５６頁(FED-Vol.117 Advances in N
umerical Simulation of Turbulent FlowsASME 1991)に
詳述されているので説明は割愛する。この結果得られた
仮想流路の乱れ強度が設定値ｋｏより小さければパラメ
ータαを適当に小さくし、逆に、仮想流路の乱れ強度が
設定値ｋｏより大きければパラメータαを大きくし再び
仮想流路の流れ計算を収束するまで行う。このようにし
て仮想流路の乱れ強度が設定値ｋｏになるように調節す
る。なお、前述のように、パラメータαを変えることは
解析領域の長さを変えることに対応し、仮想流路で得ら
れる乱れ強度ｋとパラメータαは図３に示すような関係
にある。所用の乱れ強度ｋｏを実現できるパラメータα
の値が求まれば、改めて時刻ｔを零に設定し（ステップ
９）、タイムステップΔｔずつ（ステップ１０）目的の
時刻ｔend まで仮想流路及び解析流路の流れ計算を交互
に行う（ステップ１１，ステップ１２）。このようにし
て、流入条件における乱れ強度が所定値である、高精度
な流体解析が実現される。
度ｋｏを入力する（ステップ１）。解析流路Ａ及び仮想
流路Ｂの形状を設定する（ステップ２，３）。ここに、
解析流路の形状は実際の熱交換機の流路形状を反映して
いる必要があるが、仮想流路は乱れを生成するためのも
のなのでその形状は任意である。本実施例では図２に示
すような長方形の流路に円柱を並列に２個配置した流路
を仮想流路として用いる。それぞれの流路を差分メッシ
ュに分割する（ステップ４）。仮想流路の流出条件を解
析流路の流入条件とするために接合境界Ｃを設定する
（ステップ５）。また、仮想流路において乱れを発達さ
せるためにその流入・流出境界には周期条件を設定する
（ステップ６）。仮想流路の乱れ強度は本実施例では仮
想流路の長さを変えることにより調節する。実際の解析
では物理空間と解析空間との変換パラメータαを変える
ことにより、領域のメッシュ分割をし直すことなく、等
価的に仮想流路の長さを変えることができる。パラメー
タαに適当な初期値を設定し（ステップ７）、仮想流路
の流れ計算を収束するまで行う（ステップ８）。ここ
に、気流の解析法自体は公知技術であり、例えば、エフ
・イー・デー ボリューム １１７ アドバンシーズ
イン ニューメリカル シミュレーション オブタービ
ュレント フロウズ エー・エス・エム・イー（１９９
１年）第４９頁から５６頁(FED-Vol.117 Advances in N
umerical Simulation of Turbulent FlowsASME 1991)に
詳述されているので説明は割愛する。この結果得られた
仮想流路の乱れ強度が設定値ｋｏより小さければパラメ
ータαを適当に小さくし、逆に、仮想流路の乱れ強度が
設定値ｋｏより大きければパラメータαを大きくし再び
仮想流路の流れ計算を収束するまで行う。このようにし
て仮想流路の乱れ強度が設定値ｋｏになるように調節す
る。なお、前述のように、パラメータαを変えることは
解析領域の長さを変えることに対応し、仮想流路で得ら
れる乱れ強度ｋとパラメータαは図３に示すような関係
にある。所用の乱れ強度ｋｏを実現できるパラメータα
の値が求まれば、改めて時刻ｔを零に設定し（ステップ
９）、タイムステップΔｔずつ（ステップ１０）目的の
時刻ｔend まで仮想流路及び解析流路の流れ計算を交互
に行う（ステップ１１，ステップ１２）。このようにし
て、流入条件における乱れ強度が所定値である、高精度
な流体解析が実現される。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、解析流路の流入乱れ強
度を任意に制御できるため、より実際現象に近い高精度
な流れの数値解析が可能になる。
度を任意に制御できるため、より実際現象に近い高精度
な流れの数値解析が可能になる。
【図１】本発明の一実施例における流体解析の計算のフ
ローチャート。
ローチャート。
【図２】本発明の一実施例における解析領域及び仮想流
路を示す説明図。
路を示す説明図。
【図３】本発明の一実施例における仮想流路の長さと得
られる乱れ強度の関係を示す説明図。
られる乱れ強度の関係を示す説明図。
１…伝熱管、２…冷媒、３…空気 、４…断熱壁、５…
仮想物体。
仮想物体。
Claims (1)
- 【請求項１】解析流路を差分法や有限要素法により離散
化し解析する流体の数値解析方法において、円柱などの
乱れを発生させる仮想物体を一個或いは複数個有し流入
・流出境界に周期条件が課された仮想流路を設け、前記
仮想流路の流出境界の条件を前記解析流路の流入条件と
して用いることを特徴とする流体の数値解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4343905A JPH06195425A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 流体の数値解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4343905A JPH06195425A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 流体の数値解析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06195425A true JPH06195425A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18365153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4343905A Pending JPH06195425A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 流体の数値解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06195425A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012013416A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 超音波流量計の設計製造支援システム及び方法 |
| JP2016516208A (ja) * | 2013-04-10 | 2016-06-02 | アレバ・エヌペ | 原子炉容器内部での流体の流れのシミュレーション方法、及び原子炉炉心の部品の機械的変形の計算方法、及び、関連するコンピュータープログラム製品 |
| JP2016522396A (ja) * | 2013-04-10 | 2016-07-28 | アレバ・エヌペ | 原子炉容器内部での流体の流れのシミュレーション方法、及び、原子炉炉心の部品の機械的変形の計算方法、及び、関連するコンピュータープログラム製品 |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP4343905A patent/JPH06195425A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012013416A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 超音波流量計の設計製造支援システム及び方法 |
| JP2016516208A (ja) * | 2013-04-10 | 2016-06-02 | アレバ・エヌペ | 原子炉容器内部での流体の流れのシミュレーション方法、及び原子炉炉心の部品の機械的変形の計算方法、及び、関連するコンピュータープログラム製品 |
| JP2016522396A (ja) * | 2013-04-10 | 2016-07-28 | アレバ・エヌペ | 原子炉容器内部での流体の流れのシミュレーション方法、及び、原子炉炉心の部品の機械的変形の計算方法、及び、関連するコンピュータープログラム製品 |
| US10354766B2 (en) | 2013-04-10 | 2019-07-16 | Areva Np | Methods for simulating the flow of a fluid in a vessel of a nuclear reactor and for calculating the mechanical deformation of assemblies of a nuclear reactor core, and associated computer program products |
| US10354767B2 (en) | 2013-04-10 | 2019-07-16 | Areva Np | Methods for simulating the flow of a fluid in a vessel of a nuclear reactor and for calculating the mechanical deformation of assemblies of a nuclear reactor core, and associated computer program products |
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