CFD — CAE用語解説
CFD（数値流体力学 / Computational Fluid Dynamics）
「CFD（数値流体力学 / Computational Fluid Dynamics）」って聞いたことはあるんですけど、ちゃんと理解できてないかもしれません…
定義
「定義」について教えてください！
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。
支配方程式（非圧縮性Navier-Stokes方程式）
次は支配方程式の話ですね。どんな内容ですか？
質量保存:
式にするとこう。一つずつ見ていこう。
$$ \nabla \cdot \mathbf{u} = 0 $$
この式のイメージを教えてもらえますか？
これを数式で表すとこうなるよ。
$$ \rho \left( \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + (\mathbf{u} \cdot \nabla)\mathbf{u} \right) = -\nabla p + \mu \nabla^2 \mathbf{u} + \rho \mathbf{g} $$
うーん、式だけだとピンとこないです… 何を表してるんですか？
数学的に書くと、こんな形になるんだ。
$$ \rho c_p \left( \frac{\partial T}{\partial t} + \mathbf{u} \cdot \nabla T \right) = k \nabla^2 T + \Phi $$
おお〜、流体の運動を支配するの話、めちゃくちゃ面白いです！ もっと聞かせてください。
無次元数
無次元数って、具体的にはどういうことですか？
えっと…各項はどんな物理現象を表してるんですか？
- 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
次はソフトウェアの系譜の話ですね。どんな内容ですか？
- 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
今日はCFDについて色々教えてもらって、かなり理解が深まりました！ ありがとうございます、先生！
うん、いい調子だよ！ 実際に手を動かしてみることが一番の勉強だからね。分からないことがあったらいつでも聞いてくれ。
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