流れを理解し制御する
流れを制御するには流体の構造を観察し、理解する必要があります。しかし、現実空間に存在する多くの流れは無数の要素によって構成、左右されとても複雑な構造をしています。流れの複雑な構造を現実空間で再現し流れ場に影響を及ぼさずに観察することはとても難しく、高価な測定機器類が必要です。解析対象によっては計測ができないケースも少なくありません。CFDでは仮想空間内に流れ場を再現し可視化することにより、流れの構造を理解することが可能です。さらに仮想空間内では解析対象の形状の変更が簡単に行える為、週に100ケース以上解析し、評価することも可能です。
TotalSimは価値あるソリューションを提案するため、幅広い分野の専門家を抱え、モータースポーツで培った複雑な流体構造を仮想空間内に再現するノウハウと経験を融合し、革新的なアイディアとして提供しています。
仮想空間内に複雑な流れ場を再現する上でもっとも重要なのが境界条件の設定です。適切な境界条件を設定するには長年の経験や流体・数値計算の知識が必要です。TotalSimでは長年のモータースポーツ経験から確立されたOpenFOAM®ベースのベストプラクティス(最適手法)を基に境界条件を設定することにより、常に質の高いモデル製作を可能にします。
定常・非定常計算
定常解析(RANS:動画右側)とは時間変動がない、安定した状態を求める解析法です。非定常解析に比べ、計算時間が短いのが特徴ですが、平均化された大まかな流体構造のみ再現されます。1億2000万セル程度の非圧縮性モデルでは約10時間で計算が完了します。
一方、非定常解析(DES:動画左)では、時間変動を含む状態を解析します。そのため、定常解析に比べ計算時間が長く、1億2000万セル程度の非圧縮性モデルでは約18時間で計算が完了します。小さな渦の発達から消滅まで詳細な渦構造を再現することができます。
そのため、通常は定常解析を解析・評価・最適化工程に使用し、非定常解析は性能確認工程に使用しています。
非圧縮・圧縮性流体解析
一般的に主流速度がマッハ0.3以下の車両空力開発では通常は非圧縮性流体として解析しますが、冷却・空力騒音など密度変化の影響が支配的・重要になるケースでは圧縮性流体として解析します。
ライドハイトチェンジャー
サスペンションのピックアップポイントとタイプを指定し、仮想空間内にサスペンションの運動モデルを与えることよって、ヨー、ロール、舵角、前後車高調、コーナー半径を設定することが可能です。
入力値とサスペンションの運動モデルを基に独自に開発したRide Height Changer機能が自動的に入力値に応じたモデルを作成する為、加速・ブレーキング・旋回など幅広い状態のモデルを素早く簡単に作成できます。
路面・回転体
通常は実走条件を再現するため路面速度に加え、タイヤ・ディスクローターなどの回転体の境界条件を設定します。タイヤの接地面はRide Height Changerにより処理され、回転速度は流速と回転半径をもとに自動的に計算されます。タイヤの表面粗さも独自に開発した壁関数を使い解析に考慮します。
さらに荷重がかかったタイヤと接地面をスキャンすることで、より現実に近い条件で解析する事が可能です。
エンジン吸気・排気
吸気・排気流が主流合流前に十分発達するよう適切な場所にアウトレット・インレット境界条件を設定します。吸気流速はエンジンサイズ、シリンダー数、吸気効率を使い計算し、排気流速は排気動圧を求め計算します。
ポーラス材
Darcy-Forchheimer則を使い、ラジエーターやインタークーラーなどポーラス材の境界条件を設定します。ラジエーターやインタークーラーファンの設定も併せて行います。
上流から下流まで無数の要素が相互作用しながら作り出す複雑な流体構造を理解するには洗練されたポスト処理機能が必要不可欠です。TotalSimでは洗練された独自のポスト処理機能を活かし、空力・騒音・冷却性能・熱解析と幅広い分野で専門家によるコンサルティングを提供します。
空力解析
TotalSimではコンポーネント別に出力される空気抵抗・リフト値、全体の空力バランスや流量データに加え、圧力・流速場の画像・動画などの可視化データを有効に活用することによって流体の構造を理解し、改善点を明らかにします。
形状変更した派生モデルではベースモデルとの差分を表示するデルタプロットを作成し、形状変更による流体構造の変化を明確に捉え制御することが可能です。
空力騒音解析
非定常圧縮性解析を行い圧力変動を再現することで、風切り音などの音源を特定できます。圧力変動に波数分離を施すことにより、対流成分と音波成分に分け効率的に音環境を向上することが可能です。
冷却・熱解析
競技車両においてブレーキやエンジンの冷却は安全性・性能に直結する為、正確に再現し性能を評価する必要があります。TotalSimでは解析対象に合わせてスカラー量輸送モデル・圧縮性共役熱伝達モデルを使い冷却・熱輸送能力を正確に評価し改善する事が可能です。
TotalSimでは独自に開発した多目的最適化ルーティンを活用することで最小限の解析数で効率的に入力パラメータ－による性能変化を予測します。多目的最適化ルーティンによって作成される応答局面は入力パラメーターによる性能の変化を表します。入力パラメータ－に対する性能変化や感度を把握することで、最適なトレードオフポイントを的確に判断することが可能です。
最も一般的な入力パラメーターの前後車高調はRide Height Changer機能により自動的に作成されます。入力パラメーターがリアウィングの迎角など形状の場合、メッシュデフォメーションツールのSculptor®を使用することにより、自動的に必要な派生モデルを作成することが可能です。
TotalSimでは長年培ってきたオープンソース使用・開発経験を活かし、OpenFOAM®*のサポートサービスを提供しています。サポートサービスにはTotalSimが独自に改良したOpenFOAM＋周辺ツールセットのソースコード、さらに契約されたサポート時間内でのOpenFOAM®トレーニング・インストール・使用サポート・モデル製作・検証などが含まれています。
サポート時間のみのスタンダード契約とコード開発を含むエンタープライズ契約を準備しています。それぞれの開発環境の規模・予算に合わせて最適なサポートサービスを提供します。
