CFD — CAE用語解説
CFD（数値流体力学 / Computational Fluid Dynamics）
定義
CFDは、流体の運動を支配するNavier-Stokes方程式をコンピュータで数値的に解く技術の総称。航空宇宙、自動車、化学プロセス、建築環境、生体力学など極めて広範な分野で利用される。
Governing Equations（非圧縮性Navier-Stokes方程式）
質量保存:
$$ \nabla \cdot \mathbf{u} = 0 $$
運動量保存:
$$ \rho \left( \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + (\mathbf{u} \cdot \nabla)\mathbf{u} \right) = -\nabla p + \mu \nabla^2 \mathbf{u} + \rho \mathbf{g} $$
エネルギー保存:
$$ \rho c_p \left( \frac{\partial T}{\partial t} + \mathbf{u} \cdot \nabla T \right) = k \nabla^2 T + \Phi $$
無次元数
- レイノルズ数: $Re = \frac{\rho U L}{\mu}$（慣性力/粘性力）
- マッハ数: $Ma = \frac{U}{c}$（流速/音速）
- ヌッセルト数: $Nu = \frac{hL}{k}$（対流/伝導の熱伝達比）
乱流モデル
主要CFDソフトウェアの系譜
- **Ansys Fluent**: 1983年 Creare Inc.が開発→Fluent Inc.として独立→2006年 Ansysが買収
- **STAR-CCM+**: 2004年 CD-adapco開発→2016年 Siemensが買収、Simcenter STAR-CCM+に
- **OpenFOAM**: 2004年 OpenCFD Ltd.がOSS公開→2012年 ESI Groupが買収
- **CONVERGE**: 2008年 Convergent Science開発、AMR(適応メッシュ)による自動メッシュ生成
Project NovaSolver — Practitioner-Driven R&D
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