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回路網型 熱流体解析

SINDA/FLUINTは、NASAで開発が始まり、C&R TECHNOLOGIES社により改良・保守が進められている流路網型(FNM)熱流体解析ソフトウェアです。設計者が簡単に使え、システムレベルでの定常・非定常シミュレーションを短時間で繰り返し行うためのエンジニアリング・ツールです。現在では、関連製品として、Thermal Desktop(CADベースGUI)、Sinaps(スケッチパット型GUI)、FloCAD(CADベースの流路作図)、及び、RadCAD(放射コンダクタンス算出)といったモジュールも、併せて、リリースされています。

また、流路内の圧力、温度、流速に加えて、流路に付属する構造物の3次元温度分布を、必要であれば熱輻射を考慮して、熱伝導解析用のメッシュ(NASTRANフォーマット等)上で、同時に計算することが可能です。

特徴

  • 二相流への対応
    沸騰、蒸発、凝縮、キャビテーション等、潜熱移動や飽和圧力を考慮した相変化解析が可能です。 二相流の流動様式の自動設定を行います。 二相多成分流体の取り扱いが可能で、最大26種類の液体と気体の混合流体を扱うことができます。

  • 圧力損失係数、熱伝達係数相関式
    単相流、二相流の圧力損失係数、熱伝達係数の各種相関式を内蔵しています。

  • 圧縮性への対応
    チョーキング、水撃作用、ジュール・トムソン効果等の圧縮性を考慮した解析が可能です。 フラッシング等の二相流体中の過渡現象の取り扱いが可能です。

  • FEMモデルの組み込み
    NASTRAN,ANSYS等のFEMモデルを全体システムモデルに組み込み、 温度分布計算を実施することが可能です。

  • 熱輻射への対応
    RadCAD(オプション)で形態係数を計算し、SINDA/FLUINTとリンクし、熱輻射を考慮した温度分布計算が可能です。

  • 多彩な組込コンポーネント群
    SINDA/FLUINTには、モデル化を簡単に行うために多数のコンポーネントが用意されています。 例えば、CFDコードで取り扱いが困難な蒸発、凝縮問題を取り扱うLoop Heat Pipeに関してもモデル化されています。

ネットワークダイアグラム
二相流(Heat Pipe Loop)
FEMメッシュ
スケッチパッドタイプGUI
バルブ閉時の水撃

適用の試み

冷凍サイクル シミュレーション

本例では、車両に搭載されるエアコンの冷凍サイクルを想定し、そのシミュレーション例を示しています。車両のエアコンを題材とし、次のような目的のシミュレーション実施例を紹介します: 所望の冷媒封入量を決め、その封入量におけるサイクルの定常状態を求める。


内燃エンジン デモモデル

本文書では、4ストローク直列6気筒内燃エンジンのデモモデルを示しています。このデモモデルの目的は, Sinaps 及びSINDA/FLUINT用いたモデリングの可能性, 及び, 活用の仕方を示すことです. 典型的なデザインのエンジンを題材とし、また、複数の仮定を置いて、現象のモデリングを単純化しています。このような単純モデルを示すことにより、ユーザーに対して、より詳細な実モデル作成の出発点 (starting point) 提案することを意図しています。


密閉二相サーモサイフォン: シンプルなモデリング例

本文書では、密閉二相サーモサイフォンのシンプルなモデリング例、及び、シミュレーション例を示しています。


タンク内 臨界域における熱成層, 境界層, 及び, 自然循環のモデリング 一例

C&R社 では, Thermal Desktop、及び、FloCAD を活用して、タンク内 単相流(超臨界域)の自然循環のモデリング例を示しています. 本文書では, その一部を抜粋し, モデル化の考え方、及び、計算結果をご紹介します。


RadCAD を用いた 3 次元 車体形状 日射量 数値予測の提案

RadCAD (太陽放射による入射熱流束、及び、物体面間の放射コンダクタンスを算出するモジュール) を活用した 3 次元車体形状への日射量 (直達光・散乱光) の数値予測を試みます。ここでは、表面格子を用いた簡易的な車体形状を使用します。日射量予測の手法としては、RadCAD 搭載のモンテカルロ・レイトレーシングを採用しています。このレイトレーシング法を用いて、日射による入射熱流束の予測を試み、その計算結果を概観します。


その他の計算例

以下に適応事例を掲載します(画像をクリックすると説明文書付きのページにリンクします)。

アルミニウム製の電子機器筐体の空冷 S 字管内空気の抜熱
多岐管冷却板による作動流体の抜熱
NCG(非凝縮性ガス)の有無を考慮した定コンダクタンスヒートパイプのパラメトリックスタディ


C&R Products (製品相関図)
製品 説明

SINDA/FLUINT
熱および流体回路網型熱流体解析ソルバー
Thermal Desktop、SinapsPlusや他ソフトにより作成された回路網を解くためのソルバーです。

SinapsPlus
スケッチパッドタイプSINDA/FLUINTプリポスト
SinapsPlusは、SINDA/FLUINT用のプリポストソフトウェアであり、 熱および流体回路網の作成、物性値の設定、計算結果の表示が可能です。

Thermal Desktop
CADベースの熱流体解析統合ツール
AutoCADアドインソフトとして開発され、熱、輻射(オプション)、 流れ(オプション)の解析をCAD上で行うためのモジュールです。 解析ソルバーとしては、SINDA/FLUINTを用います。 モデリング、物性値やパラメータの設定をCAD上で行い、 SINDA/FLUINTを実行し、結果をCAD上で参照できます。

RadCAD
形態係数および輻射変換係数計算モジュール
Thermal Desktopのオプション・モジュールであり、 SINDA/FLUINTの入力となる形態係数や輻射交換係数を求めます。

FloCAD
流体回路網作成および熱伝達係数計算モジュール
Thermal Desktopのオプション・モジュールであり、FLUINTの入力となる流体回路網作成や熱伝達係数計算を行います。

CRTech SpaceClaim
CAD モデルの修正/簡略化
CAD パーツ、及び、アセンブリを読み込み、それらの修正、及び、簡略化を実現します。

Mesh Generation for SpaceClaim
CAD モデル プリプロセスの作業効率化
Mesh Generation for SpaceClaim は ThermalDesktop のアドオンモジュールです。CRTech SpaceClaim と連動し、CAD モデル プリプロセスの作業効率化を実現します。

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