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CONVERGEオートノマスメッシング熱流体解析プログラム

物理モデル

CONVERGEには、現象に応じた様々な物理モデル・機能が搭載されており、解析対象・計算コストに応じて各モデルを組み合わせて使用することができます。

搭載する物理モデルのイメージと分野別適用例の図1
エンジン 燃料噴射 後処理 タービン 一般流体 ポンプ 圧縮機 バッテリー
流体構造連成   チェック     チェック チェック チェック  
乱流モデル チェック チェック チェック チェック チェック チェック チェック チェック
混相流モデル チェック チェック チェック チェック チェック チェック    
燃焼モデル チェック チェック チェック チェック
固体熱連成 チェック   チェック チェック チェック     チェック

流体構造連成(FSI:Fluid Structure Interaction)

適用分野 : 燃料噴射、一般流体、ポンプ、圧縮機

CONVERGEは自動メッシュ生成機能によって移動境界問題に対する適用性が高いため、構造物が流体力によって移動・回転する流体構造連成問題にも簡単に取り組むことができます。構造物の挙動を予め与える計算とは違い、時々刻々の流れ場の様子に従って成り行きで挙動が決定されます。つまり、ボール弁やスプール弁の開閉など、流体と構造の相互作用の考慮が必要なケースへの適用が可能です。

ボール弁の開閉を考慮した流れ解析事例
ボール弁の開閉を考慮した流れ解析事例
サイコロ自由落下解析
サイコロ自由落下解析

構造物を剛体として捉えるだけでなく、弾性体として変形させることができます。1次元ビーム要素として変形させますので、流体力によるリード弁の開閉挙動解析が可能です。
さらに構造解析ソルバーである「SIMULIA Abaqus Unified FEA」と連成させることで、流体計算と同時に、より高自由度の構造挙動計算や非線形解析を行うことができます。毎時間ステップに、CONVERGEからは流体力を渡し、Abaqusは構造変位を返します。

リード弁コンプレッサー解析事例
リード弁コンプレッサー解析事例
CONVERGE-Abaqus連成例

乱流モデル

適用分野 : エンジン、燃料噴射、後処理、タービン、一般流体、ポンプ、圧縮機、バッテリー

工学的に重要な平均場を求めるのに有効なRANS(Reynolds Averaged Navier Stokes)モデル、非定常現象の乱流変動性を捉えられるLES(Large Eddy Simulation)モデル、 両者のハイブリッドモデルであるDES (Detached Eddy Simulation)モデルが搭載されています。 解析対象や計算コストに応じて、 モデルを選択することができます。

以下の乱流モデルが搭載されています。

  • RANS
    [k-ε 2方程式系] Standard k-ε、RNG k-ε、Generalized RNG k-ε、Rapid Distortion RNG k-ε、Realizable k-ε
    [k-ω2方程式系] Standard k-ω(1998/2006)、k-ω SST
    [その他] v2-f 、ζ-f 、Spalart-Allmaras、RSM LRR、RSM SSG
  • LES
    [0方程式系] Smagorinsky、Dynamic Smagorinsky、Upwinding、σ
    [1方程式系] Viscous One-Equation、Dynamic Structure、Consistent Dynamic Structure
  • DES
    Delayed DES using k-ω SST (DDES)、Improved delayed DES using k-ω SST (IDDES)

混相流モデル

適用分野 : エンジン、燃料噴射、後処理、タービン、一般流体、ポンプ

液滴径の小さい燃料噴霧などに適用されるラグランジュ2相流モデル(噴霧モデル)と、液塊の挙動に着目する自由表面モデル(VOFモデル)の2種類の混相流モデルが実装されています。

ラグランジュ2相流モデル(噴霧モデル)

以下のサブモデル・機能が搭載されています。

  • 分裂モデル:KH-RT、Modified KH-RT、KH-ACT、LISA for GDI Swirl Injector、TAB
  • 衝突合体モデル:O’Rourke、No Time Counter
  • 抗力モデル:Sphere、Dynamic Distortion
  • 乱流分散モデル:Stochastic
  • 壁面挙動・液膜挙動モデル:Rebound&Slide (Naber、Reitz) 、Film Splashing(O’Rourke、Kuhnke、Bai-Gosman)
  • 多成分蒸発モデル:Frossling、Chiang
  • 減圧沸騰モデル(Flash boiling)
  • 尿素(Urea)モデル
自由表面モデル(VOFモデル)

以下のサブモデル・機能が搭載されています。

  • 界面スキーム:HRIC、PLIC
  • キャビテーションモデル
  • Eulerian‐Lagrangian一方向連携(VOF Spray One-way Coupling)
  • Eulerian‐Lagrangian噴霧モデル(ELSA)

燃焼モデル

適用分野 : エンジン、燃料噴射、タービン、一般流体

従来から用いられている総括反応型の燃焼モデルに加え、素反応まで考慮した反応メカニズムを効率的に解く詳細化学反応ソルバー「SAGE」が搭載されています。さらに、計算負荷を少しでも下げるためのサブモデルとしてアダプティブゾーニングや動的メカニズム縮約(DMR)などの機能があります。

大規模な詳細化学反応メカニズムを自動的に縮約するユーティリティツールや、層流燃焼速度評価をおこなうツールなど、各種関連ツールもご利用いいただけます。

  • 詳細化学反応ソルバー「SAGE」
    n次元アダプティブゾーニング
    前処理付反復ソルバー
    動的メカニズム縮約(DMR:Dynamic Mechanism Reduction)
    TFMモデル(Thickened flame model)
  • その他の燃焼モデル
    SHELL自着火 – 特性時間燃焼(CTC)モデル
    化学平衡(CEQ)モデル
    RIFモデル
    G方程式モデル
    ECFM / ECFM-3Zモデル
    FGMモデル
  • エミッションモデル
    拡張Zel’dovich NOxモデル
    Hiroyasu-NSC SOOTモデル
    現象論ベースSOOTモデル(Gokul、Dalian、Waseda)
    F. Mauss 詳細SOOTモデル(PM、PSM)
  • 表面反応モデル
  • 燃焼ユーティリティツール
    0次元着火遅れ時間計算
    1次元層流燃焼速度計算
    詳細反応メカニズム縮約(DRGEPSA法)・統合・パラメータ調整・反応経路解析
    サロゲート燃料ブレンダー

固体熱連成(CHT: Conjugate Heat Transfer)

適用分野 : エンジン、後処理、タービン、一般流体、バッテリー

固体と流体との熱流体連成機能によって固体温度の予測が可能です。一般的に固体の熱容量は大きく、流体解析の時間刻みスケールでは安定した固体温度分布に達するのに膨大な時間を要しますが、スーパーサイクル機能を使えば、現実的な計算時間で固体温度を評価することができます。

もちろん、固体領域についても自動でメッシュを生成しますので、ピストンやバルブのように固体領域の移動も考慮することができます。

その他の物理モデル

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