CFDシミュレーション

気体であろうと液体であろうと、Simcenterは単相流用の計算流体力学モデルの包括的なセットを提供します。圧縮性領域から非圧縮性領域、層流領域から乱流領域まで、Simcenterは幅広い流れ条件とアプリケーションにわたるCFD解析をサポートしています。乱流の場合、エンジニアはレイノルズ平均ナビエ・ストークス（RANS）、デタッチド・エディ・シミュレーション（DES）、ラージ・エディ・シミュレーション（LES）などの最先端の乱流モデルのポートフォリオから選択でき、精度と計算コストの適切なバランスを実現できます。

有限体積CFDアプローチに加えて、Simcenterには迅速な空気力学および流体力学解析をサポートするパネル法機能も含まれています。パネルメソッドでは、表面ベースの渦度主導の定式化を使用して、ボリュームメッシュを必要とせずに複雑な形状の周りの主要な流れの特徴を効率的にキャプチャします。このアプローチは、初期の設計やコンセプト評価に特に適しており、荷重、力、性能特性を迅速に予測でき、後の段階での検証では忠実度の高いCFDを補完できます。

極超音速流と超音速流は、研究と次世代の航空宇宙応用の両方の最前線にあります。このような高速領域では、強い衝撃波、高い温度、極端な圧力勾配が流れの挙動を支配します。気体の解離とイオン化の影響が顕著になるにつれて、理想気体の仮定はもはや有効ではなくなる可能性があり、流れの物理と性能を正確に把握するには、実在気体と熱化学のモデリングアプローチが必要になります。

Simcenter CFDシミュレーションは、圧縮性、超音速、極超音速の流れをモデル化する高度な機能を提供し、適切な物理モデルと数値的手法による衝撃相互作用、空気力学的加熱、高マッハ数流れ現象の解析をサポートします。開発の初期段階で外部の超音速および極超音速空気力学を迅速に評価するために、Simcenterにはパネル法も含まれています。この表面ベースの方法は、複雑な形状の圧力分布、力、モーメントなどの主要な空気力学的特性を体積メッシュなしで効率的に捉え、後で詳細な流れの物理学と検証に使用される忠実度の高いCFDシミュレーションを補完します。

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現実世界のエンジニアリング問題は、層状、分散、離散、フィルムなどの複数の流れ領域を対象としています。これまで、すべての領域をカバーできる単一の混相モデルはありませんでした。しかし、Simcenter CFDには、多相CFDシミュレーション用の包括的なモデルがあり、それらを組み合わせて使用することで、それらの間の遷移を含む多くの流れ領域をカバーできます。マルチレジーム、マルチスケールの混相流をシミュレートして、製品の実際の挙動を予測して理解します。

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粒子動力学は、流動床、サイクロンセパレーター、コーティングプロセス、コンベア、ロースター、バルクマテリアルハンドリングシステムなど、多くのエンジニアリングアプリケーションで重要な役割を果たします。Simcenter CFDシミュレーションは、希薄な粒子フローでも高密度の粒子フローでも、粒子分布の最適化、エネルギー消費の削減、摩耗や摩耗の最小化、システム全体のパフォーマンスの最大化に役立ちます。粒子と粒子の相互作用と接触力学が物理学を支配するアプリケーション向けに、Simcenterは高度な離散要素法（DEM）機能を提供します。これらの粒子分解アプローチにより、粒子の形状、サイズ分布、接触挙動、材料特性の現実的なモデリングが可能になり、バルク材料の流れ、分離、破損、凝集、摩耗の正確な予測が可能になります。これは、従来のCFDベースの粒子モデルでは不十分な高密度の粒状システムでは特に重要です。

Simcenterは、統合されたシミュレーションフレームワーク内でDEMとCFDを組み合わせることで、複雑な粒子-流体システムの詳細なシミュレーションを可能にします。エンジニアは、希薄流用のCFDベースの粒子法から高密度微粒子システム用のフルDEMまで、最も適切なモデリングアプローチを柔軟に選択でき、幅広い産業用途で精度と効率を確保できます。

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Simcenterは、幅広いアプリケーションをカバーする反応流モデルとエミッションモデルの包括的なスイートを提供します。これにより、反応流モデルと熱伝達、放射、混相反応、表面化学との緊密な結合が可能になります。当社の反応流モデルは、火炎の形状と位置の理解と最適化、固体成分の温度の最小化、排出量の削減、性能効率の最大化に役立ちます。火炎力学、熱伝達、熱摩耗、排出、降伏、変換、選択性、および望ましくない条件を予測して理解することで、設計の実際の物理特性を正確に把握できます。

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平滑粒子流体力学（SPH）は、高速メッシュレス計算流体力学法です。メッシュが不要なので、エンジニアは複雑な形状や動きを迅速かつ堅牢な方法で簡単に処理できます。SPHを使用すると、余分な労力をかけずに複雑で非常に動的な流体/流体界面を解決できます。そのため、SPH法は新世代の数値法の一部であり、ナビエ・ストークス方程式に基づきながら、従来のアプローチでメッシュ関連の制約を克服するために開発されました。

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電子機器からモビリティソリューションまで、今日の革新的な製品には、革新的な冷却および熱管理ソリューションが必要です。Simcenter CFDスイートを使用すると、エンジニアは媒体内または媒体間の熱伝達を正確かつ効率的にシミュレートできます。伝導、対流、放射、共役熱伝達、沸騰に関するSimcenter CFDシミュレーションは、流体と固体の温度分布を正確に予測するための熱伝達物理学のフルセットを提供します。Simcenterのポートフォリオには、チップパッケージレベル、プリント基板（PCB）、ラック、および大規模データセンター向けのエンクロージャー向けの特定の電子機器冷却シミュレーション機能を備えた最先端のCFD分析が含まれています。

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流体誘起騒音は、車両、建物、ファン、産業機器の音響特性の重要な要素です。Simcenterは、定常状態法、過渡格子ボルツマン法（LBM）、DESとLESに基づく忠実度の高い直接シミュレーション、音の伝播モデル、高度な音響摂動方程式（APE）ソルバーなど、空力音響騒音源を予測するための包括的なモデリングアプローチを提供しています。

Simcenterは、CFDシミュレーションが最初に騒音源として作用する乱流構造を捉えるハイブリッド空力音響ワークフローをサポートしています。その後、これらの音源を有限要素ベースのアプローチを含む専用の音響シミュレーションに移して、反射、吸収、環境への影響を考慮しながら音の伝播を予測することができます。一般的な用途には、HVACノイズ、サイドミラーノイズ、その他のフロー誘起音現象が含まれます。

さらに、Simcenterは、LBMとGPUアクセラレーションに基づく高速シミュレーションアプローチで航空音響機能を拡張しています。この方法は、非定常流れの挙動を高時間分解能で直接捉えることで、外部の空気音響騒音を正確に予測するための魅力的な代替手段です。

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現実世界のエンジニアリング問題のほとんどすべては、最終的には流体と固体構造との相互作用に依存しています。Simcenter CFDシミュレーションは、有限体積（FV）ベースの計算流体力学と有限要素（FE）ベースの計算固体力学（CSM）の両方を提供します。これにより、エンジニアは使いやすい単一の統合ユーザーインターフェイスで流体と構造の相互作用（FSI）をシミュレートできます。このアプローチを使用すると、静的、準静的、動的な問題を解決できます。これには、非線形形状の問題や、接着接点や小さなすべり接点を使用する複数の部品の問題が含まれます。

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Simcenter CFDシミュレーションは、機械流体と構造の相互作用を拡張し、熱応力解析の効率的なワークフローを提供します。熱エンジニアは、流体と構造物の間の熱伝達問題を解決し、それに基づいて固体領域の熱応力を評価できます。

Simcenter CFD解析の計算レオロジーにより、エンジニアは拡散と粘性または粘弾性の挙動が支配的な流体をシミュレートできます。非ニュートン流体の計算流体力学は、ミキサー、フローコンテナ、スラリー、押出成形、材料処理を扱う消費財、廃棄物処理、食品・飲料業界のエンジニアに役立ちます。レオロジーを正確にシミュレートすることは、製品の信頼性、ユーザーエクスペリエンス、および賠償責任費用を向上させながら、消費電力、排出量、原材料の使用量を削減するための鍵です。

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Simcenter CFDスイートには、磁気バルブ、ソレノイド、アクチュエータ、変圧器から電気機械まで、さまざまな電磁気シミュレーションに対応する幅広い電磁モデルが付属しています。マルチフィジックスCFDスイートとして、統合された電磁気学機能を備えているため、冷媒流、熱伝達、電磁気学を1つのシミュレーションで緊密に組み合わせることができます。また、エンジニアはプラズマアークシミュレーション、ガスブラスト遮断器、溶接などの磁気流体力学（MHD）アプリケーションをシミュレートできます。

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総合的なデジタルツインを実現するために、Simcenter CFDシミュレーションはより幅広いSimcenterポートフォリオに組み込まれています。これにより、解析がマルチフィジックスCFDを超える必要がある場合でも、エンジニアは統合性を保ちながら、広範囲にわたる学際的なプロジェクトを実行することができます。Simcenterでは、専用のインターフェイスと一般的なデータ形式を使用して、他のシミュレーションツールと組み合わせることができます。これにより、エンジニアは、各分野に最適なシミュレーション技術を活用しながら、マイクロ秒から数千秒までのタイムスケールと、高度な固体力学から迅速なシステムシミュレーションまでの物理学を使用して、総合的な学際的なシミュレーションを作成できます。

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エンジニアリングシステムがますます複雑になり、設計サイクルが短くなるにつれて、エンジニアは性能予測の信頼性を保ちながら、広い設計スペースをより迅速に探索する方法を必要としています。AIベースの幾何学ディープラーニング（GDL）により、ジオメトリやシミュレーションデータから直接迅速に予測できるため、早期の意思決定が加速され、より幅広い設計探索が可能になります。

Simcenterは幾何学ディープラーニングをCFDワークフローに統合して、従来のシミュレーションを補完する忠実度の高いサロゲートモデルを作成します。GDLモデルは、新たに生成されたものであれ、既存のデータセットから再利用されたものであれ、シミュレーション結果から直接学習することで、数時間ではなく数分で迅速なパフォーマンス予測を実現します。このアプローチにより、エンジニアは、AIを使用して設計代替案を効率的にスクリーニング、比較、改良しながら、計算量の多いシミュレーションを最も有望なコンセプトに集中させることができます。その結果、イテレーションが速くなり、過去のシミュレーションへの投資がより有効に活用され、拡張性の高いAI主導の洞察が物理ベースのシミュレーションワークフローにシームレスに接続されます。

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