初めてのflowdesigner （室内解析） - akl · 【大きさ】0.2 x 3.0 x 2.5 m...

チュートリアル #001

初めてのFlowDesigner （室内解析）

FlowDesigner Tutorial 001

解析概要

初めてFlowDesignerを操作する方を対象としたチュートリアルです。モデル作成画面の基本操作、空気の出入り口の設置の仕方、計算の実行、解析結果の確認など基本的な解析の流れを学びます。

初めてのFlowDesigner

温度分布

冷風流入

流出

解析モデル

パーティション

非定常解析

解析条件

パーティション【大きさ】 0.2 x 3.0 x 2.5 m

【室内初期温度】30℃

・部屋の壁面は断熱として扱う

【領域大きさ】 6 x 5 x 2.5 m3吹出口（流入口）

【大きさ】0.5 x 0.5 m【流速】 1 m/s【温度】 2 ℃ 外部開口部（流出口）

【大きさ】0.5 x 0.5 m

1. モデル作成の準備

（マウス操作の練習）

2. モデル形状作成

3. メッシュ分割

4. 計算実行

5. 結果表示

FlowDesignerを起動して、モデル形状を作成するまでに必要な操作です。

初めてのFlowDesigner 1.モデル作成の準備

新規プロジェクトを作成します。

今回、屋内の環境について検討するため「屋内解析」のボタンを押します。屋内用の解析設定がおこなわれたプロジェクトとなります。

1.モデル作成の準備初めてのFlowDesigner

【プロジェクトの作成】

FlowDesigner Tutorial 001 1.モデル作成の準備初めてのFlowDesigner

【プロジェクトの作成】解析領域の大きさはプロジェクト作成後も、変更可能です。

まず解析領域の大きさを設定します。

部屋の大きさを入力します。【幅：6 [m]】【奥行き：5 [m]】【高さ：2.5 [m]】

プロジェクト名を設定します。（必須）【sample1】と入力して、「OK」ボタンを押します。

※今回、オフセットは変更しません。

【プロジェクトの作成】ここで入力した名前でプロジェクトファイルが作成されます。

解析対象の設定を行います。

室内の気流・温度分布を検討するので、「速度」「温度」にチェックをつけます。

【プロジェクトの作成】解析対象、初期状態などの設定は、プロジェクト作成後も変更可能です。

室内の初期温度を設定します。『30』と入力します。

これで最初に室内は、30度の空気で一様に満たされた状態になります。

「次へ」を押します。

【プロジェクトの作成】解析対象、初期状態などの設定は、プロジェクト作成後も変更可能です。

解析種類の設定を行います。

今回の解析では、天井からの冷風が時間とともにどのようにひろがるか時間変化を検討するため、「非定常計算」を選択します。

「完了」を押します。

【プロジェクトの作成】解析種類は、プロジェクト作成後も変更可能です。「非定常解析」は時間とともに分布の変化をみる解析方法です。 10

【ジオメトリ・プロパティ】オブジェクトの情報を確認・編集することができます。

【キャンバス】解析モデルの形状を2Ｄ・3Dで表示します。マウス操作でオブジェクトの作成・編集を行うことができます。

【オブジェクトエクスプローラ】解析モデルに配置されているオブジェクトを一覧形式で表示します。

【ツールボックス】解析モデルを作成する際の、マウスの役割を切り替えます。

モデル作成画面が開きます。解析モデルの作成・編集を行う画面です。

【モデル作成画面について】

1.モデル作成の準備

今回は初めての解析なので、モデルを作成する前にモデル作成時の動作設定を行います。

画面左下の「ダッシュボード」タブにカーソルをあわせます。

【モデル作成に関する設定】

ダッシュボード画面で以下のように設定します。

【操作ツールモード ⇒ 描画後選択に戻る】【３Ｄ化操作 ⇒ マウス指定】

【モデル作成に関する設定】

実際にモデルを作成する前にキャンバス上で「視点方向を変える」操作を練習します。

(キャンバス操作の練習)初めてのFlowDesigner

（キャンバス操作の練習）

4. 計算実行

5. 結果表示

※この章は解析モデルの作成には関係ありません。キャンバス操作方法を知っている方は、次の章に進んでください。

『ビューの回転』

キャンバス上で「マウスを右クリックしながらドラッグ」するとビューが回転します。（3D表示のみ有効）

【ビューの回転】

(キャンバス操作の練習)

『ビューの平行移動』

キャンバス上で「マウスホイールをクリックしながらドラッグ」するとビューが平行移動します。（3D表示・平面表示で有効）

【ビューの平行移動】

『ビューの拡大・縮小』

キャンバス上で「マウスのホイールを回転」するとビューが拡大・縮小します。（3D表示・平面表示で有効）

【ビューの拡大・縮小】

キャンバス操作の練習は終わりです。ビュー（視点方向）をリセットします。

キャンバスの左上にマウスカーソルをあわせると、アイコンが表示されます。その一番左のアイコンをクリックします。

解析領域内にオブジェクトを配置し、モデルの形を作成します。

2. モデル形状作成初めてのFlowDesigner

4. 計算実行

5. 結果表示

では、解析モデルを作成していきましょう。

画面に部屋のような空間が表示されています。この空間を解析領域と呼び、この中の気流・温度の分布を解析します。解析領域は次のような特徴をもった空間です。

・領域の壁はすべて断熱の壁（気流も熱も通さない）

・領域の中はすべて同じ温度の流体で満たされている。（今回は最初に設定した30℃の空気）

そのため、気流・熱の出入りをする場所だけにオブジェクトを配置して、条件を設定します。

【パーティション（障害物）の作成】オブジェクトは3D表示、2D表示どちらでも作成することができます。ここでは2D表示で作成します。

初めてのFlowDesigner 2. モデル形状作成

では、解析モデルを作っていきましょう。

まず部屋の中央にパーティションを配置します。平面表示「X-Y表示」に切り替えます。

【パーティション（障害物）の作成】オブジェクトは3D表示、2D表示どちらでも作成することができます。ここでは2D表示で作成します。

障害物を作成するツールに切り替えます。

『モデル種類』で「形状モデル」、『操作ツール』で「直方体ツール」を選びます。

するとカーソルがペンの形に切り替わります。

【パーティション（障害物）の作成】

部屋の中央に【厚さ 0.2[m] 、幅 3.0[m] 】のパーティションを作成します。作成する場所をドラッグします。

グリッドは１マス 0.1m なので、グリッドをヒントに図の位置をドラッグしてください。

【パーティション（障害物）の作成】ドラッグ中も座標値・移動距離が表示されます。

パーティションを作成できました。3D表示で形状を確認してみましょう。

【パーティション（障害物）の作成】オブジェクト作成直後は、作成したオブジェクトに「方向ハンドラー」が表示され、選択状態となります。

【パーティション（障害物）の作成】平面表示で作成したオブジェクトは、解析領域の天井までのオブジェクト高さで作成されます。（設定変更可能）

床から天井まで、パーティションが作成できました。

続いて、空気の入口「吹出口」を作成します。パーティション作成時と同じく、「X-Y表示」に切り替えます。

『モデル種類』で「吹出口（流入）」、『操作ツール』で「矩形ツール」を選びます。

【吹出口の作成】

部屋の左側に【 1辺が0.5[m] 】の吹出口を作成します。作成する場所をドラッグします。

「吹出口」パネルを作成できました。

3D表示で形状を確認してみましょう。

【吹出口の作成】平面表示でパネルを作成すると、解析領域の底面（現在選択中のレイヤ）に配置されます。

青色のオブジェクトが「吹出口」です。解析領域の底面に配置されています。

天井に「吹出口」を移動します。

「方向ハンドラー」の青い矢印（z方向）にカーソルをあわせます。あわせると、手の下に「Z」とかかれたカーソルに切り替わります。

※「方向ハンドラー」が表示されないとき⇒「モデル選択ツール」を選択して、

オブジェクトをクリックします。

天井の高さが2.5ｍなので、上方向に「delta 2.500」と表示されるところまで、ドラッグします。

deltaの後に表示される値は、オブジェクトの移動距離を表します。

【吹出口の条件設定】

続いて「吹出口」の条件を設定します。

「モデル選択」ツールを選び、キャンバス上で「吹出口」をクリックします。「吹出口」に「方向ハンドラー」が表示され、「吹出口」が選択状態となります。

【吹出口の条件設定】『プロパティ』は、選択しているオブジェクトの解析上の設定情報を確認・編集することができます。（流速・発熱量など）

「プロパティ」タブをクリックします。

「吹出口」の流速・温度をそれぞれ入力します。【流速：1 [m/s] 】【温度：2 [℃] 】

【吹出口の条件設定】

続いて、空気の出口「外部開口部」を作成します。「X-Y表示」に切り替えます。

【外部開口部の作成】

『モデル種類』で「外部開口部」、『操作ツール』で「矩形ツール」を選びます。

部屋の右側に【 1辺が0.5[m] 】の外部開口部を作成します。作成する場所をドラッグします。

「外部開口部」パネルを作成できました。3D表示で形状を確認してみましょう。

解析領域の底面（z=0）に「外部開口部」が配置されています。

天井に「外部開口部」を移動します。「吹出口」と同様にマウスドラッグで移動します。

「方向ハンドラー」の青い矢印（z方向）にカーソルをあわせます。

【外部開口部の作成】『ジオメトリ』は、選択しているオブジェクトの名前・大きさ・表示方法などの情報を確認・編集することができます。

天井の高さが2.5ｍなので、上方向に「delta 2.500」と表示されるところまで、ドラッグします。

deltaの後に表示される値は、オブジェクトの移動距離を表します。

続いて「外部開口部」の条件を設定します。「プロパティ」タブをクリックします。

「外部開口部」の温度を入力します。【温度：30 [℃] 】

※「外部開口部」から流入がある場合の空気温度となります。

【外部開口部の条件設定】

メッシュ分割（解析領域の空間解像度）の設定をします。

3. メッシュ分割初めてのFlowDesigner

4. 計算実行

5. 結果表示

メッシュ分割設定をします。

分割数を指定するだけで、自動的にメッシュ分割をする「オートメッシュ」機能を使います。

「▼」マークをクリックして、「オートメッシュ（総要素数指定）」を選択します。

初めてのFlowDesigner 3. メッシュ分割

【メッシュ分割設定】

【メッシュ分割設定】一般的に分割数が多いほうが高精度な解析となりますが、計算負荷も高くなります。

分割数「30000」を入力します。

初めてのFlowDesigner 3. メッシュ分割

解析モデルの作成は完了です。計算ソルバーを実行します。

4. 計算実行初めてのFlowDesigner

4. 計算実行

5. 結果表示

【ソルバーパラメータ設定】

では、計算を実行してみましょう。「通常解析」ボタンを押します。

初めてのFlowDesigner 4. 計算実行

「ソルバーパラメータの設定」の画面が開きます。計算実行に関する設定をします。

【解析種類：非定常解析】【終了時間：１分】【刻み時間：１秒】【結果出力：１】

各入力が完了したら、「OK」を押します。

【ソルバーパラメータ設定】

【モデル設定の確認】吹出口、外部開口部が無効となる場合、天井に（高さ2.5mの位置に）正しく配置されているか確認してください。

「モデル整合性チェック結果」が開きます。計算実行前にモデルの設定に異常がないか確認をします。

問題がなければ「エラーは見つかりませんでした」と表示されます。「OK」を押下して次の画面に進みます。

「流量バランス」確認画面が開きます。解析領域に「流入する流量」と「流出する流量」のバランスが取れている必要があります。

正しく設定できていれば、図のような表示になります。「OK」を押すと、解析が実行されます。

【モデル設定の確認】

「ソルバー実行」画面が開き、計算が実行されます。マシンのスペックにもよりますが、数秒～十数秒で計算は終了します。計算が終了したら、「閉じる」ボタンで画面を閉じます。

【ソルバー実行】画面に表示される「流速」「温度」は解析空間内の最高速度、最高温度の値です。正しく解析が行われているか確認の目安となります。 51

計算が完了したので。解析結果を確認します。

5. 結果表示初めてのFlowDesigner

4. 計算実行

5. 結果表示

【結果表示画面を開く】

「結果表示」ボタンを押して、結果表示画面に切り替えます。

初めてのFlowDesigner 5. 結果表示

結果表示画面に切り替わります。結果表示を行う専用の画面でモデルの編集はできません。キャンバスなどの操作方法は、モデル作成画面と同じです。

【オブジェクトエクスプローラ】解析モデルに配置されているオブジェクトを一覧形式で表示します。オブジェクトごとに表示／非表示を切り替えることができます。

【キャンバス】解析モデルの形状、解析結果を表示します。

【結果表示コントロール】結果表示に関する設定を行います。

【結果表示画面について】

まず結果表示画面の見た目を調節しましょう。結果表示画面の背景色を「白色」に反転します。

「結果表示コントロール」⇒「設定」画面の一番下の項目「背景色反転」にチェックをつけます。

【結果表示画面の設定】

【速度分布の確認（結果断面の設定）】

まず吹出口直下の速度分布を表示します。スカラー量（気流の速さ、温度）を「コンター（色塗り）」で、ベクトル量（気流の向き）を「ベクトル（矢印）」で表します。

「断面」「ベクトル表示」「コンター表示」にチェックをつけ、「断面表示を残す」のチェックはずします。

【速度分布の確認（結果断面の設定）】

ここでコンターを半透明表示にして見やすくしましょう。

「結果表示コントロール」から、「スカラー不透明度」の▼を押して、スライダーを動かすか、数字を直接入力することで不透明度の変更ができます。ここではスカラー不透明度を【60】とします。

結果断面位置の設定をします。

「Y面」のボタンを押して、吹出口の真下に断面がくるようにスライダーバーをスライドします。

【速度分布の確認（結果断面位置の設定）】

キャンバスをマウスドラッグ（右クリックで）して見やすい角度に動かします。

赤色の部分は気流が強く、青色の部分は気流が弱いことを示します。

【速度分布の確認（視点の回転）】

気流の方向を表す矢印がみにくいので、ベクトルの表示に関する設定を行います。

ベクトル表示の隣の【+】マークをクリックします。

【速度分布の確認（ベクトル表示設定）】

以下のように設定します。【表示倍率：２】【表示線幅：標準】

また「固定色を使用」にチェックを入れ、黒色を選択します。

【速度分布の確認（ベクトル表示設定）】

ベクトルをアニメーションで動かし、３次元で気流場を確認してみましょう。

アニメーションの種類で「ベクトル追跡アニメ」を選択して「再生」ボタンを押します。

【速度分布の確認（ベクトル追跡アニメ）】

気流が広がっていく様子がわかります。アニメーションの一時停止したいときは「停止」、初期状態に戻すときは「リセット」を押します。

【速度分布の確認（ベクトル追跡アニメ）】

FlowDesigner Tutorial 001 初めてのFlowDesigner 5. 結果表示

【温度分布の確認（表示対象切替）】

次に温度分布を確認しましょう。「表示対象」で「温度」を選択します。

【温度分布の確認（ベクトル非表示）】

温度分布が表示されます。

次に温度分布の時間変化を確認します。一旦「ベクトル表示」のチェックをはずし、ベクトルを非表示にします。

Ｚ方向に１断面追加で表示して、３次元的に温度分布を表します。

「表示」アイコンをクリックし、「断面表示を残す」にチェックをつけます。

【温度分布の確認（断面表示の設定）】

Z=1に断面を追加します。

「Z面」をクリックして、【1】と入力して、「適用」を押します。

【温度分布の確認（断面表示位置の設定）】

【温度分布の確認（時間経過アニメ）】時間経過アニメ再生以外にも、「表示対象」で時間を切り替えることで各時間での分布を確認することができます。

アニメーションを再生して、３次元で温度の時間変化を確認してみましょう。

アニメーションの種類で「時間経過アニメ」を選択して「再生」ボタンを押します。

冷気が時間とともに広がっていく様子がわかります。

【温度分布の確認（時間経過アニメ）】

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