非定常パラメータ

非定常解析を実行する場合、時間刻み幅終了時刻内部反復数という3つの非定常パラメータが必要とされます。

時間刻み幅

時間刻み幅は常に秒の単位です。時間ステップ数の正しい選択は、解析の時間スケールに依存している。モーション解析でない流体解析の場合、時間刻み幅は平均流速の分数で計算され、少なくとも装置全体を通過する時間の10分の1は必要である。多くのケースにおいて、流れを適切に計算するためにもっと細かい時間刻み幅が必要である。

モーション解析でない伝熱解析では、一般的に時間スケールが多いため、より大きな時間刻み幅を使用することができる。時間ステップ数は、予想される温度上昇時間の10分の1を超えるべきではありません。太陽熱放射解析の場合、時間のスケールが1日あるいはそれ以上となるため、より多くの時間ステップ数を使用できます。太陽熱放射の解析では、時間ステップ数はおよそ100秒あるいはそれ以上となります。

インテリジェント解析制御が有効になっている場合、Autodesk® CFD は収束経過とメッシュ作成に応じて時間刻み幅を自動的に計算する。この時間刻み幅は、通常極めて小さいため、より大きなステップを使用することが効果的です(インテリジェント解析制御を無効化した後)。

時間刻み幅の設定についての詳細

回転解析

回転体解析では、時間刻み幅に個々のブレード間の回転角度から、最大でブレード一回転までの範囲が利用できる。多くの回転翼が存在する装置で周囲の静止領域との相互作用を計算するには、短い時間刻み幅を設定することが推奨されます。

この設定を容易にするため、時間ステップ数計算機能が用意されています。この機能は、指定された1ステップあたりの回転角度、または回転翼の枚数のいずれかに基づいて時間刻み幅を計算します。ダイアログを開くには、時間刻み幅の行にあるポップアウトボタンをクリックします。このボタンは、モデル内に回転領域材料が存在する場合にのみ使用できます。

1ステップあたりの回転角度または回転翼の枚数のいずれかを選択し、適切な値を入力します。時間ステップ数は、回転領域に指定された回転速度に基づいて計算される。回転翼の枚数を指定した場合、回転翼通過あたりの単一の時間ステップを使用して時間刻み幅が計算される。

モデルに複数の回転物体が含まれている場合、回転速度の最大値が本ダイアログ内で計算する時間刻み幅の基準として使用される。

非定常回転領域解析の例

回転解析についての詳細

モーション解析

移動固体の解析については、指定されたモーションパラメータとメッシュサイズにしたがって、時間刻み幅が計算される。モーションパラメータを指定した後で初めて計算ダイアログを開くと、時間刻み幅は自動的に計算されます。流れやモーションを変更した場合は、ボタンをクリックし、デフォルトの時間ステップ数を再計算する。

これは、インテリジェント解析制御によって決定された時間刻み幅と相反するものではなく、妥当な初期時間刻み幅を計算するために有効です。

非定常モーション解析の例

終了時刻

非定常解析の場合、指定した時刻に達したまたは一定の時間ステップ数に達した場合、あるいはいずれか早い方で解析を終了することができる。

終了時刻入力域に任意の時刻(秒)を入力し、解析を停止する時刻を設定することができる。これは、インテリジェント解析制御が有効になっている非定常解析で非常に便利な機能である。例として、解析の完了までの時間に必要とされる時間ステップ数が事前にわからないような流体力による運動があげられる。解析をあるステップで終了させたい場合、終了時刻に「-1」を入力し、実行する時間ステップ数を確実に入力する必要があります。

実行する計算ステップ数フィールドに、計算ステップ数を入力します。指定した回数に達した後、解析は終了する。これは、時間刻み幅が変化することのない非定常解析の実行に推奨される方法である。実行する時間ステップ数が重要でない場合(終了時刻のみ重要な場合)、実行する時間ステップ数として「-1」を入力し、終了時刻を確実に入力する必要があります。

終了時刻と実行する計算ステップ数の双方が指定されている場合、先にこの指定を満足した基準が適用され、計算が終了します。例:ユーザーは<:/fc>3<:fc 7>秒間の非定常解析を実行したいが、時間ステップ数が<:/fc>1000<:fc 7>を超えない。 ユーザーは、終了時刻として<:/fc>3<:fc 7>を入力し、計算ステップ数に<:/fc>1000<:fc 7>を入力する。<:/fc> <:fc 7>ステップまで計算された場合、経過時間が<:/fc>2.5<:fc 7>秒であっても解析は終了する。一方、たとえ計算ステップ数が450の場合でも、経過時間が3秒に達した場合、計算は終了します。

内部反復数

これは、非定常解析中の時間ステップごとの内部反復数を設定する。

Autodesk® CFD は陰解法によって支配方程式内で非定常項を離散化するため、時間ステップごとに収束計算が実行されなければなりません。非定常解析の内部反復数は、定常解析のグローバル収束計算数に似ている。支配方程式は、定常解析におけるグローバル収束計算数と同様、それぞれの内部反復数に対して解かれる。異なる点は、非定常方程式は数値的に安定しているため、非定常の時間ステップにおいて必要とされる内部反復数の方がかなり少ないという点である。

一般的に、非定常解析においては時間ステップごとに5~10回の内部反復数で十分である。収束モニターによってこれが十分でないと示される場合(収束プロットが水平にならない場合)、この数を増やすことができる。一方、収束モニターによってこの内部反復数が多すぎると示される場合(複数の収束計算に対して曲線が水平となる場合)、この数を減らすこともできる。

モーション解析(回転および移動固体)に対しては、時間ステップごとに1回のみの内部反復数が推奨される。この内部反復数の設定は、広範囲のモーション解析において非常に効果的であることが確認されている。

関連トピック

非定常解析の実行についての詳細

非定常解析の実行例