解析工数85%削減！CONVERGEで変える開発プロセス ～進化・改善のヒントは”事例”にあり～（その2）

皆さま、こんにちは。
IDAJの水島です。

CONVERGEはエンジン解析だけでなく、噴霧乾燥機や圧縮機、モーターといった機械系装置から、燃料電池、CO₂吸収などの化学・エネルギー分野まで適用範囲を拡大しており、開発現場では、性能評価や品質の安定化、安全性の検討、開発期間の短縮といった目的に応じて、さまざまなテーマへの活用が進んでいます。また、自動メッシングによる前処理の簡略化や計算効率を意識した機能により、解析専任者に限らず設計者にもご利用いただける環境を整え、解析にかかる工数や計算時間の削減に貢献しています。

CONVERGEのさらなる有効活用に向けて適用事例を中心に最新情報を含めて、今回は以下のうち、7～12をご紹介します。

“Horizon”の向こうへ ～未来を変える一歩を踏み出そう、CONVERGE Horizon活用術～

CONVERGE HorizonはCONVERGEの開発元であるConvergent Scienceが提供するクラウドプラットフォームです。

昨今クラウドプラットフォームはコスト削減、導入のしやすさ、場所を選ばずにアクセスが可能である等、多くのメリットがあり、あらゆる産業分野で欠かせない社会インフラとなっています。CONVERGE Horizonのクラウド環境にはCONVERGEが既にインストールされていますので、アカウント取得後はすぐに計算を実行できます。料金は従量課金制で、ご利用いただいた分だけお支払いいただきます。また、クラウド環境には定評のあるオラクルクラウド環境（OCI）を採用し、WebポータルはCONVERGE専用に作成されているため、計算実行や計算状況を簡単に確認いただくことが可能です。

1. CONVERGE Horizon導入のメリット

• アカウント取得後すぐにCONVERGEの計算実行が可能
• ハードウェアの導入・メンテナンスが不要
• 同時に実行できる計算数の柔軟性が格段に上がり、高効率な計算環境を実現
• 従量課金制によるハードウェア・ソフトウェアの利用コストの適正化

2. CONVERGE Horizon利用イメージ

プリ処理はお手元のオンプレミスマシンで実行し、WebブラウザからHorizonポータルにログイン後、計算データをアップロードしてクラウド環境で計算します。計算進行状況はポータルからいつでも確認できますし、複数ジョブの同時実行も可能です。計算終了後はポータルから計算結果をダウンロードして、お手元のオンプレミスマシンでポスト処理を行います。

CONVERGE Horizon利用イメージ

ハードウェア利用料、ソフトウェアのライセンス利用料、データ利用量に応じたストレージ費用、データ転送費用の4種類の従量課金制です。あらかじめプリペイドで一定額をご購入いただき、そこからご利用分が順次引かれていきます。「ソルバー用クレジット金額」と「オンプレ契約金額（レンタルor保守）」との合算からTierという利用グレードが決定し、ハードウェア・ソフトウェアの利用単価が変わる仕組みです。なお、料金はドル建てのため為替によって変動します。

CONVERGE Horizon利用料金イメージ

エタノール混合ガソリン（E10・E20）の蒸発挙動と噴霧解析技術の最前線

エタノール混合ガソリンでは、エタノールの極性の影響によって、蒸発が理想的な挙動から外れることが知られています。このような非理想的な蒸発挙動は、多くの熱流体解析ソルバーの液滴・液膜蒸発モデルでは十分に考慮できていません。ここでは、エタノール混合ガソリンの蒸留特性を考慮した3次元噴霧解析を実現するために必要な最新のモデリング技術についてご説明します。

1. エタノール混合ガソリンの蒸留特性の評価

エタノール混合ガソリンは非理想的な蒸発挙動を示すため、非理想性を考慮できる活量係数モデルを適用した液体燃料設計ツールを用いて、エタノール混合ガソリンの蒸留特性を評価しました。また、本ツールはエタノール混合ガソリンに限らず、任意の燃料組成に対する蒸留特性の評価が可能です。

以下は、理想溶液を仮定したラウール則と非理想性を考慮できる活量係数モデルによる蒸留特性の比較です。ラウール則を用いた蒸発計算では、低留出割合でエタノールの蒸発性が悪化して全体的に留出温度が高くなるため、液体燃料の蒸発が緩慢になります。一方、活量係数モデルでは、留出温度の低下や混合割合依存の挙動をより明確に再現できます。

活量係数モデルとラウール則の蒸留特性比較

2. エタノール混合ガソリンの3次元噴霧解析事例

エタノール混合ガソリンの噴霧解析を活量係数モデルとラウール則を用いた従来のモデルを用いて計算し、結果を比較しました。

活量係数モデルを用いた計算では、エタノールの混合によって液滴・液膜・ガス温度が低下し、燃料液滴の蒸発が遅れました。ただし、液膜量が低下しているため、燃料蒸気量にそれほど大きな差は生じていません。

エタノール混合ガソリンの3次元噴霧解析

PEM燃料電池の周辺機器解析もCONVERGEで！

先述の通り、CONVERGEでPEM燃料電池の解析が可能になりましたので、PEM燃料電池のさまざまな周辺機器の熱流体解析事例についてもご紹介します。

1. 液体水素タンク

液体水素タンクを解析するには、液体水素の特性、特に相変化を考慮する必要があります。また、極低温を維持するための断熱材の選定もタンク設計の重要なポイントであるため、流体固体熱連成が必要です。そこで、液体水素をタンク内に充填する様子を2次元モデルで解析しました。CONVERGEではタンク内の気液界面に合わせてメッシュを細分化させながら過渡的な計算が可能です。

その他、高圧水素タンクやコンプレッサ、水素循環回路に関連した機器などの解析が可能です。

液体水素タンクへの充填解析

CONVERGE×Abaqus 流体解析と構造解析の連携・連成計算のご紹介

CONVERGEは基本的な流体解析だけでなく燃焼や移動境界問題に強い流体ソルバーで、SIMULIA Abaqus Unified FEAは非線形材料、変形現象や接触問題に強い構造ソルバーです。

この2つの3次元解析ツールを連成・連携させることで、お互いに密接に関わり合う問題である力の相互作用や伝熱問題を解析できるようになります。

1. バッテリーパックの開裂・ベントガス排出挙動

Abaqusの損傷モデルを用いて、パック内圧で開裂する箇所を予測します。このときのパック形状変形の履歴を用いてCONVERGEで流体解析を実施することで、パック内からベントガスが漏れていく様子を捉えました。

その他、レシプロコンプレッサーのリード弁変形、タンク内のダイヤフラム変形、バッテリーモジュール内の爆発解析・変形検討解析、エキマニ内排気流動による部材温度分布・熱応力評価、疲労予測、熱膨張に伴うスプールバルブの間隙量変化・接触判定などの計算が可能です。

バッテリーパックの開裂・ベントガス排出挙動

設計者のためのCAE活用術 ～カスタムパネルとスクリプトで広がるCONVERGEの可能性～

近年、環境対応や新規参入メーカーの増加により、今まで以上に短いサイクルでの設計・開発が求められています。そのため、解析は設計部門が主体的に活用し、解析部門には新技術対応をご担当いただくのが理想的だと考えます。しかし実際には、設計者の方に解析設定を覚えていただく必要があり、すぐに解析実行できないこともあるかと思います。そこでCONVERGE Studioのカスタムパネルとスクリプトエディタを使って、操作を標準化・自動化し、設計者が迷わず解析できる環境をご準備いただくことをご提案しています。

1. カスタムパネル

カスタムパネルは、CONVERGE Studioで操作が必要な項目だけまとめたパネルで、形状変更や境界条件を直感的に設定でき、複雑な画面遷移が減らせるため設計者でも迷わず操作できます。

カスタムパネル

2. スクリプトエディタ

スクリプトエディタは、CONVERGE Studioの操作をJavaScriptで自動化するマクロ機能です。複雑な前処理を自動化して、カスタムパネルのボタンに紐づけることで、簡単な操作で複雑な形状処理や境界設定をボタン一つで完了させる仕組みを構築できます。また、操作の再現性が高く、作業の標準化、属人化の解消に有効です。以下は、配管内流れ解析を例に、形状置換(弁を円形から6角形に変更)や境界条件変更（温度を変更）を自動化した手順です。

スクリプトエディタ

モーター解析をよりスマートに ～時短・効率化の実践技術～

ここでは、モーター解析の効率化に役立つ3つの機能をご紹介します。

1. CAD エディタ

モーターは部品点数が多く形状が複雑なため、CADからCONVERGEで計算可能なサーフェスメッシュへ変換する工程がボトルネックになる傾向があります。特に部品同士の接触面を1面に修正するインターフェース面の定義や、領域とインターフェース面の紐づけ作業には手間がかかります。

CONVERGE v5.0で搭載されるCAD エディタは、これまでネックとなっていたCAD修正作業に対応します。CADエディタは、一般的なCADソフトウェアで作成されたソリッド形状を編集したり、流体解析に必要な修正作業を一括で処理できる簡略化機能を備えています。隙間埋めやボルト穴・切り欠きの加工などが自動化でき、作業工数の大幅な削減が期待できます。また、スクリプトを利用できますので、作業内容を記録してエディタ上で編集し、挙動をインタラクティブに確認することが可能です。

CADエディタの主な編集機能

2. URSソルバー

URS（Under Relaxation Steady）は、不足緩和に基づく定常ソルバーです。時間項を含まない定常解析を行う仕組みで、従来の疑似非定常ソルバーと比べて収束性が向上しており、安定して定常解を得ることが可能です。また、回転部品を含む定常解析においても、疑似非定常ソルバーに比べて計算時間を大幅に短縮できます。

空冷モーターの計算でURSの効果を確認したところ、部品ごとの固体平均温度は疑似非定常ソルバーと概ね同等に保ちながら、計算時間を数十分の1に短縮することができました。

収束時の固体平均温度と計算時間の比較（対象：空冷モーター）

3. MRF回転補正機能

MRF（Multiple Reference Frame）回転補正機能は、従来のMRFでは精度が低下しやすい時間変動の大きい流れや界面に対しても、移動境界と同等の精度を維持しつつ、メッシュを再生成することなく、計算時間を大幅に短縮できる機能です。オイルジェット冷却などの複雑な流体・熱現象にも対応可能です。また、ラグランジュ2相流とも併用できます。さらにVOF解析における化学種のサブサイクル計算を組み合わせることで、界面精度を保ちながら時間刻みを調整し、計算を効率化できます。

詳細は、動画（MRF回転補正機能を用いた巻線への回転ジェット油冷解析）をご参照ください。

まとめ

■お見積りなどのお問い合わせ先はこちらです。

株式会社 IDAJ 営業部

Webからのお問い合わせはこちら

E-mail：info@idaj.co.jp

TEL： 045-683-1990