外部流れは、ボディに対して相対的に流れる流体中の固体ボディによって特徴づけられる。工学的な空学的問題のほとんど全てが外部流れである。例えば、高速道路において発生する車両のミラーによるノイズ、オートバイのフェアリングの抗力、空中巡航ミサイルの揚力などがある。さらに、風洞モデルが通常外部流れとして考えられている。
一般的にこれらの問題は、流れ領域の外部に適用される流速および圧力境界条件が流体中のボディに影響を与えてはいけないため、最も多くの節点数をCFD計算に必要とする。
計算領域のサイズ
通常、外部あるいは「遠距離」境界は、流体中ボディの最も長い弦の上流側に5～10倍、下流側に10～20倍でなければなりません。高いレイノルズ数の流れでは、この範囲よりもさらに大きな「遠距離」境界が必要である。
メッシュ作成方法
節点を節約するため、メッシュにおける要素サイズをさらに変化させることが重要です。ボディ面上の要素サイズを、遠距離の要素サイズより数千倍小さくするのが一般的である。Autodesk® CFD によって計算される揚力および抗力は、ボディ付近のメッシュ サイズによって影響を受けます。
したがって、安定した正確な解析を行うには、滑らかにサイズを変化させる必要があり、縦横比の大きな四面体要素を作成しないように注意しなければなりません。メッシュの細分割領域を使用して物体の周りに流体ボリュームを埋め込むと、周辺に数多くの要素を集中させるのに大変有用な場合があります。このアプローチは、物体周囲の非常に小さな要素から、物体から離れた場所の大きな要素まで、メッシュの大きさの変化に有効です。
境界条件の配置
亜音速流入口における非圧縮性および亜音速圧縮性流れの問題の場合、流速および圧力の境界条件は、下図に示すように遠距離境界に適用される。下図に示すように、圧力に対してよりも、流れ領域のさらに大きな部分に流速境界条件を指定すると、収束を補助するために有用である。
境界層あるいは地面の影響が検討対象では無い場合、スリップ条件を開口部以外のサーフェスに設定することができる。
迎え角
物体に流れを基準とする迎え角がある場合、物体ではなく計算領域の方向を変えることが推奨される。領域の方向は、自由流速度と領域の側面が平行となるようにするべきである。
シミュレーションに関する推奨事項
抗力計算の精度を向上させるため、次のテクニックが推奨されます。
メッシュ
物体周辺には、非常に細かいメッシュが必要とされる。流線型のボディには、圧力の係数の急激な変化を計算するためにボディの澱み点付近に細かいメッシュを必要とする。
メッシュ追加
[境界メッシュ エンハンスメント]ダイアログで 10 以上のメッシュ エンハンスメントのレイヤーを指定する。
- [設定] > [セットアップ タスク] > [メッシュ サイズ分割]をクリックします。
- コンテキスト メニューから[エンハンスメント]をクリックします。
- [レイヤー数]スライダを 10 にドラッグします。
- [レイヤー グラデーション]スライダを自動から 1.5 にドラッグします。これにより、最初の要素レイヤが壁に非常に近くに配置されるため、SST モデルの Y+ 要件を満たすために役立ちます。
対流項計算スキーム
ADV5 対流項計算スキームを呼び出す。
- [実行]ダイアログを開き、[コントロール]タブで[ソリューション コントロール]をクリックします。
- 解析制御ダイアログで、対流項をクリックします。
- リストから[ADV 5]を選択します。
アダプティブ メッシュ
アダプティブ メッシュを有効にする。このオプションにより、シミュレーションのいくつかの反復の中でメッシュが次第に細分割されます。結果はメッシュに依存しない解となります。このオプションは、多くの計算が必要になることがあり、メッシュの単一実行よりも時間がかかる場合があることに注意してください。
- [実行]ダイアログを開き、[アダプティブ]タブをクリックします。
- [アダプティブを有効化]をオンにします。
- [アダプティブ オプション]リストを展開して、[Y+ アダプティブ]を有効にします。[最大 Y+] を 10 に下げ、すべての壁サーフェスで SST 乱流モデルの作用が必ず許容範囲に入るようにします。
- [流れ角度]、[自由せん断レイヤ]、[外部の流れ]のオプションを有効にします。
収束
収束が遅くなることがあるため、物体の周りの流れ場が完全に発達する前に収束モニターが相対的にフラットなカーブを表示する場合がある。圧力分布の微妙な変動は、収束モニターでは判別できない可能性がある。
自動収束判定を厳しい方向に調整するには、実行ダイアログの制御タブで解析制御をクリックします。インテリジェント解析制御グループでアドバンストボタンをクリックします。スライダーをきついの方向に動かします。
高度の効果
高度（高さ）の影響を考慮するためには、幾何学的あるいは地形学的高度に基づいた圧力と温度を指定する気象データの表を入手することを推奨する。圧力と温度から、空気の密度が計算できる。
プロパティが一定の場合（この結果、圧縮性、あるいは温度の効果を計算する必要がなくなる）、密度が材料エディタで修正するただ1つのパラメータとなる。異なる高度でシミュレーションされた実際の影響は、レイノルズ数であることに注意する必要がある。
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