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ダウンロードFlomaster:1次元ネットワーク熱流動解析ソフトウェア

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プラント分野

  • 配管系の脈動・振動解析

    配管系の脈動・振動解析

    化学プラントや石油・ガスプラントそして製鉄プラントでは、数多くの圧縮機やポンプなどの流体機械を使用しております。これら産業用の流体機械には、その構造から遠心式と容積式に大別されます。そして容積式の中でも往復式の圧縮機やポンプは、吐出または吸入される間欠流のために、他の形式に比べ流量および圧力は脈動します。1次元熱流動解析ソフトウェアであるFlomasterを使用する事で、前述した脈動による影響を解析し、設計段階で最適な脈動低減対策を検討することができます。

  • ガス配管系の脈動・振動解析

    ガス配管系の脈動・振動解析

    往復式のガス圧縮機(コンプレッサ)は、周期的なガスの吸い込み・吐き出しを繰り返し、配管系統のガスの流れに脈動を発生させます。圧縮性流体の脈動解析には、流れの分岐合流や拡大縮小などの配管系の構成の複雑さに加え、固有振動数が非定常的に変化するガスの流動状態や熱力学的状態(温度や密度など)に依存するという困難さがあります。Flomasterは、変化する流体の移流速度や圧力波の伝播速度を反映する特性曲線法によって、ある初期定常状態から圧縮性流体の圧力や温度、流速の時間的変化を計算することができます。

  • ガス配管系の安全弁開弁に起因する圧力過渡事象の解析

    ガス配管系の安全弁開弁に起因する圧力過渡事象の解析

    フレアスタックは、施設内で何らかの異常によって発生したガスが設計圧力以上になった場合に、安全弁を介してガスを受け入れて処理する保安設備としても使用されています。この場合、開弁直後の安全弁からフレアスタックまでの配管系統内のガスの熱流動状態は過渡的に急変します。Flomasterでは、特性曲線法によってある初期定常状態からのガスの圧力、温度、流速の時間変化を計算することで、流量性能やガスの局所的な高温高圧化などに対する安全性を予測することができます。

自動車分野

  • 車両トータル熱マネージメントシステム

    車両トータル熱マネージメントシステム

    低燃費自動車では、高性能・高効率な車両要素開発が要求されていますが、それに加えてこれまで単なる損失となっていた熱エネルギーの有効活用が重要な課題となってきています。Flomasterは、車両トータルでの熱マネージメントへのソリューションを提供し、コンポーネント、サブシステム、サブシステム間の相互作用をモデル化することができます。また、定常状態および過渡状態のシミュレーションを実施し、戦略的な熱マネージメントならびに燃料消費、エミッション、エンジン性能、快適性への影響評価を可能とします。

  • 暖機運転における自動車冷却系統のゼロフロー伝熱のモデル化

    暖機運転における自動車冷却系統のゼロフロー伝熱のモデル化

    速やかな暖機運転を行うための戦略として、エンジンまわりの冷却系統の流れをサーモスタットや冷却ポンプなどによって一時的に止める方法が採用されています。流れが止められる結果、それらの部分から周囲への強制対流熱伝達や移流による熱輸送が抑制されて、エンジンまわりが速やかに高温となります。そして、オーバーヒートとならずに流れが開始されるように、冷却系統の流れを止めた部分にサーモスタットなどの温度による制御装置を配置して流れを制御します。Flomasterでは、内蔵されているZero Flow Heat Transfer機能を使用することで、このような冷却系統をモデル化し、パフォーマンスの改善を行うことができます。

  • 4気筒ガソリンエンジン吸気系統の圧力脈動解析

    4気筒ガソリンエンジン吸気系統の圧力脈動解析

    ガソリンエンジンにおいて吸気系統(吸気装置)は、空気や燃料混合気を各気筒に導く機能があります。その際、気筒の慣性効果、吸気管などの吸気系統の脈動効果、吸気マニホールドなどの共鳴効果などを利用することにより、気筒への吸気流量を増大させることが期待されています。本資料では、Flomasterを使用した直列4気筒エンジンの各気筒、動弁系機構および吸気系統に対する簡易的なモデル化について紹介します。また、吸気管や吸気管に接続されたサイドブランチ型レゾネータの長さを変化させることにより、吸気系統の脈動の状態が変化し、吸気流量にも影響を与える様子を計算します。

  • 燃料電池/2次電池の冷却システム計算

    燃料電池/2次電池の冷却システム計算

    Flomasterでは、燃料電池・2次電池および周辺機器をモデル化することで、モード走行時などの温度予測を可能とします。本資料では、Flomasterを使用した燃料電池システムのモデル化、およびEUDC走行モード時の圧力や流量、温度変化の検討について紹介します。

  • 電気自動車、電気機器などの熱マネージメント用コンポーネント

    電気自動車、電気機器などの熱マネージメント用コンポーネント

    Flomasterには、電気自動車の運転状態を再現するのに必要な駆動力やモーターの動作を解析するコンポーネントや、モーターの動作から発熱量や消費電力を求めるコンポーネント、電力を供給するバッテリーの等価回路を提供するコンポーネント等が含まれています。これらのコンポーネントを組み合わせることで、電気自動車のドライブトレインをモデル化することができます。また、これらのコンポーネントには冷却用の流路をモデル化する機能もあり、ドライブトレインモデルと従来のFlomasterの熱流体ネットワークと接続することにより、電気自動車の冷却系統をモデル化することができます。

  • Airsideシステム(AVS)

    Airsideシステム(AVS)

    Flomasterでは、フロントエンドのクーリングパックを3次元的にモデリングします。そしてフロントエンドクーリングパックを構成するラジエータやコンデンサ、バンパー等のオーバーラップを考慮し、重複したコンポーネントを通過するエアーフローパスを自動的に決定します。その結果、精度の高い圧力降下、流量そして熱交換量を短時間に予測でき、開発初期段階のレイアウト設計等に威力を発揮します。

  • HVACシステム(キャビン熱環境)

    HVACシステム(キャビン熱環境)

    HVACの設計において最も重要な要件の1つとして、キャビン内の乗員が満足な快適性を得ることが挙げられます。Flomasterは、キャビンコンポーネントによりユーザーへHVACシステムと共に車両全体の熱管理ソリューションを提供します。キャビンコンポーネントは様々な熱負荷、風量、キャビン構成要素、環境条件でのキャビン内平均温度や、ルーフ、インストルメントパネル、フロア、フロント/リアウィンドウの温度変化を予測できます。

航空・宇宙分野

  • Environmentモデルによるシステムの姿勢と加速度の制御

    Environmentモデルによるシステムの姿勢と加速度の制御

    FlomasterのEnviromentモデルとは、航空機や潜水艦など船舶の時刻歴に変動する姿勢を一括制御可能な要素を意味します。本要素を利用することで、定常的な旋回だけでなく、非定常かつ3次元的に姿勢が変化する状態を解析することができます。そのため、航空機や船舶などの熱流体システムの姿勢や加速度が非定常的に変化する場合について、容易にシミュレーションを行うことが可能です。

二相流解析機能

  • 火力発電などの蒸気原動機熱機関のモデル化

    火力発電などの蒸気原動機熱機関のモデル化

    火力発電や大型船舶の動力として利用される蒸気原動機の熱機関は、給水ポンプ、蒸気発生器、蒸気タービン、復水器などから構成されます。そして、水/蒸気の状態はランキンサイクル(Rankine cycle)や、ランキンサイクルを改良した再熱サイクル、再生サイクルによって変化します。本資料では、Flomasterの気液二相流解析パッケージに含まれる17種類のPower Generationコンポーネントを用いた、高圧・中圧・低圧のタービンや再熱器等を含む水/蒸気のライン、火炉出口からの燃焼ガスの流路等のモデル化について紹介します。

  • 有機ランキンサイクル排熱回収のモデル化

    有機ランキンサイクル排熱回収のモデル化

    有機ランキンサイクル排熱回収(Organic Rankine cycle - Waste Heat Recovery: ORC-WHR)は、低沸点の有機液体を水の代わりに用いて、排気ガスやEGRガス(排気再循環ガス)から熱エネルギーを回収し、タービンや容積型流体機械で利用可能な駆動力や電力などのエネルギーに変換することにより効率を改善します。このようなシステムの設計では、システムを構成する部品どうしが適切に相互作用し、内部の流体が効率よくエネルギー交換するように形状やサイズを調整する必要があります。本資料では、FlomasterによるORC-WHRの検討について紹介します。

ガスタービン

  • Internal Ductによるガスタービンブレードの冷却回路

    Internal Ductによるガスタービンブレードの冷却回路

    ガスタービンブレードは、温度が1000℃程度まで上昇し、回転数が10000rpm程度まで到達するため、ブレードを効率的に冷却することが重要になります。ブレードは内部の流路(internal passage)に空気を流し、対流熱伝達によってブレード壁面からこの空気へ熱を移動させることによって冷却します。この流路の壁面には、対流熱伝達を促進するためにピンフィンやリブなどがつけられており、ブレードそのものの材料として、耐熱コーティングが施されたものや、複数の物質を張り合わせたものが使用されることがあります。このような材料の使用は熱伝導特性に影響を及ぼします。本資料では、FlomasterのInternal Ductコンポーネントによる、流路と材料の熱特性モデル化について紹介します。

  • ガスタービン2次空気流れのモデル化

    ガスタービン2次空気流れのモデル化

    FlomasterのGas Turbine Secondary Airグループのコンポーネントを導入すると、圧縮性伝熱ソルバー(Compressible heat transfer solver)を使用してガスタービンの2次空気系(secondary air system)のシミュレーションが可能になります。また、Flomasterの1DFDの特徴を活かし、ガスタービンの性能評価や改善に有用な情報を短時間で得ることが期待できます。本資料では、ガスタービン2次空気流れのモデル化について紹介します。

精密機器

  • 精密機器(パソコン)の熱マネージメント(3次元モデル結果からの1次元モデル作成)

    精密機器(パソコン)の熱マネージメント
    (3次元モデル結果からの1次元モデル作成)

    本資料では、通常3次元の熱流動解析で実施する精密機器(パソコン)などの複雑な熱流動解析を、Flomasterを用いた1次元熱流動モデルにリダクションし、検討する方法を紹介します。その結果、検討に必要な熱流動解析の工数を大きく削減でき、効率的な設計が可能となります。

機能紹介

  • CADインターフェース(配管CAD対応)

    CADインターフェース(配管CAD対応)

    CADインターフェースは、配管CADから抽出した中間ファイルをFlomasterに対応した形式に変換し、Flomasterのネットワークを自動作成する機能です。CADインターフェースを構築することで、CADデータを有効に活用でき、Flomasterのネットワークを構築する時間の大幅な削減を実現できます。また解析専任者ではなく、3D CAD利用者側でFlomasterのモデル化が容易となり、配管設計者による熱流動解析が可能となります。

  • FMUのインポート機能とエクスポート機能

    FMUのインポート機能とエクスポート機能

    Functional Mock-up Interface (FMI)は、様々な動的シミュレーションツールの間でシミュレーションモデルを相互利用するための規格です。本資料では、Flomasterで使用可能なFMI2.0 for model exchangeのインポート機能、およびFMI2.0 for co-simulationのエクスポート機能について紹介します。

  • Flomaster Link for MATLAB®

    Flomaster Link for MATLAB®

    FlomasterLink for MATLAB®は、MATLABとFlomasterの連成解析を容易に実現します。エンジニアは、それぞれの既存モデルを活用した解析が可能なため、時間やコストを削減し、両アプリケーションの相互作用を容易に検討できます。

  • FloEFDとの連携機能

    FloEFDとの連携機能

    大規模な解析モデルを高速に計算する手段として、Flomasterでは3次元熱流体解析ソフト「FloEFD」との連携機能に対応しています。本機能は他の3次元熱流体解析ソフトとの相互連成解析機能とは異なり、FloEFDからのデータをFlomasterが受け取る一方向連成解析機能となるため、システムモデル全体の解析においては3次元熱流体解析ソフトの解析速度に依存しない解析速度が得られます。また、解析主導型の設計においてはCADと設計要件からコンポーネントの性能データを評価する必要性が非常に高まっており、この機能を使用することでより正確なコンポーネント特性を使って、演算リソースと実行時間をシステムレベルで最小化が望めます。

  • OneSimによるFloEFDとの連成シミュレーション

    OneSimによるFloEFDとの連成シミュレーション

    OneSimは、FloEFDの3D CFDモデルを Flomasterネットワークモデルの一部のように見做して、強力な連成シミュレーション(tightly coupled co-simulation)を行うためのワークフローです。このワークフローにより、Flomaster によるシステムシミュレーションに、正確な3次元形状を反映した3D CFDの解析に基づくコンポーネントを導入することができます。逆にいうと、3D CFDモデルの現実的な境界条件を決定するために Flomaster によるシステムシミュレーションを利用することができます。本資料では、OneSimの特徴について紹介します。

  • Experiment機能と応答曲面モデル作成機能

    Experiment機能と応答曲面モデル作成機能

    Flomasterには、パラメトリックスタディやラテン方格(Latin Square)を用いた数値実験を計画、自動的に計算を実行するExperiment機能が実装されています。また、数値実験の結果からRBFネットワーク(Radial basis function network)を使用した応答曲面モデル(近似関数)を作成し、Cで記述された関数やMatlab/Simulinkで使用可能なS-Functionのソースコードとして出力する応答曲面モデル出力機能も実装されています。本資料では、FlomasterのExperiment機能を使用した応答曲面の作成について紹介します。

  • シグナルコントローラによるビジュアルプログラミング

    シグナルコントローラによるビジュアルプログラミング

    Flomasterには、数学的演算や論理演算を行うためのシグナルコントローラコンポーネントが搭載されています。本機能を使用することで、スクリプトを作成せずに微分方程式系モデルや、制御系モデルを視覚的にプログラミングすることができ、熱流体系モデルを統合したシステムシミュレーションを容易に行うことができます。本資料では、シグナルコントローラの使用例について紹介します。

  • シミュレーションベース・スクリプトベースのコンポーネント作成機能

    シミュレーションベース・スクリプトベースのコンポーネント作成機能

    ユーザーが独自に開発した特殊な形状や複雑な形状の部品を表すコンポーネントを作成する場合、膨大な数の実験や3D CFDによる解析の結果などから部品の特性を評価する必要があります。さらに、評価した特性に基づいて流体力学的な計算式を導き出し、これを使用したコンポーネント解析モデルを開発する必要もあります。しかしFlomasterには、このような状況を改善すべくシミュレーションベース、ならびにスクリプトベースのコンポーネント作成機能が導入されました。本資料では、これらの機能について説明します。