流体解析（CFD）
インタラクティブシミュレーター
この分野のシミュレーターで理論を体感しよう
流体解析（CFD）
圧縮性・非圧縮性流れ、乱流モデル、多相流、燃焼シミュレーションに関する技術記事
先生、CFDってよく聞くんですけど、構造解析とは何が違うんですか？
構造解析は「固いモノ」が対象だけど、CFDは「流れるモノ」が対象だ。空気、水、油、排気ガス — 全部これ。F1マシンの空力設計も、PC内部のファン冷却も、天気予報のシミュレーションも、根っこは全部CFDだ。
天気予報もCFD!? そんな身近なところにも使われてるんですね。
そう。ただし工業用のCFDは天気予報よりずっと小さいスケールで精度を追求する。配管の中の圧力損失を0.1%の精度で求めたり、タービン翼の表面温度分布を予測したり。このカテゴリには1,000記事以上あるから、まずは入門ガイドからどうぞ。
はじめての流体解析（CFD） — 入門ガイド
流体解析（Computational Fluid Dynamics: CFD）とは、流体（気体・液体）の運動をナビエ-ストークス方程式に基づいて数値的に解く技術です。自動車の空力設計、建築物の風環境評価、電子機器の冷却設計、化学プラントの混合最適化など、あらゆる産業分野で活用されています。
CFDで解決できる課題
- 空力特性：抗力・揚力の予測、流線の可視化、ウェイクの解析
- 熱流体：対流熱伝達係数の評価、電子機器・バッテリーの温度分布予測
- 混合・反応：流体の混合効率、燃焼過程のシミュレーション
- 多相流：気液二相流、スロッシング、噴霧・液滴挙動
- ターボ機械：ポンプ・ファン・タービンの性能予測と最適化
CFDの基本ワークフロー
- 形状準備：流体領域（計算領域）の定義。ウォータータイトなCADモデルが必須
- メッシュ生成：境界層メッシュ（プリズム層）の設定が精度を大きく左右
- 物理モデル選択：乱流モデル（RANS/LES/DNS）、圧縮性/非圧縮性の選択
- 境界条件：入口（速度/圧力）、出口、壁面（滑りなし/滑り）の設定
- 求解：SIMPLE系アルゴリズム等で反復計算。残差と物理量のモニタリングが重要
- 後処理：流線、速度/圧力コンター、断面表示、力の積分値確認
初心者の方は、まず非圧縮性定常RANS解析（例: k-ωSST乱流モデル）から始めることを推奨します。
学習ロードマップ
| レベル | 学習内容 | 推奨記事 |
|---|---|---|
| 初級 | 非圧縮性流れの基礎、RANS乱流モデル、メッシュ生成 | 基礎方程式 → k-ε/k-ω → メッシュ品質 |
| 中級 | 圧縮性流れ、多相流、熱連成、LES | 圧縮性 → VOF法 → 共役熱伝達 → LES基礎 |
| 上級 | 燃焼、FSI、ターボ機械、DNS/LES高精度手法 | 反応流 → FSI → 動静翼 → スペクトル法 |
サブカテゴリを選ぶ
CFD初心者は非圧縮性流れ（STARTマーク）から。OpenFOAMユーザーはOpenFOAM専用セクションへ。
非圧縮性流れ
管内流・チャネル流・外部流など最も基本的なCFD問題。Navier-Stokes方程式の基礎。
初心者向け
乱流モデリング
k-ε・k-ω・LES・DNS。実用CFDで最重要の乱流モデル選択と設定法。
圧縮性流れ
遷音速・超音速・衝撃波問題。航空宇宙・ロケット・超音速設計。
多相流
気液二相流・キャビテーション・VOF法。造波・スロッシング問題にも。
熱対流解析（CFD）
強制対流・自然対流の流体側解析。共役熱伝達との連携。
燃焼・化学反応流
燃料燃焼・化学反応の流体シミュレーション。エンジン・バーナー設計。
外部空力
自動車・航空機の空力解析。揚力・抗力・圧力分布の計算。
流体-構造連成（FSI）
流体圧力による構造変形・フラッタ・水撃問題のCFD側解析。
海洋・舶用流体
船舶抵抗・プロペラ・造波抵抗の流体解析。海洋構造物への適用。
CFD基礎理論
離散化スキーム・数値拡散・安定性解析。CFDアルゴリズムの理論背景。
内部流れ・ターボ機械
ポンプ・タービン・コンプレッサの内部流動解析。回転機械CFD。
この記事の評価
ご回答ありがとうございます！
参考に
なった
なった
もっと
詳しく
詳しく
誤りを
報告
報告