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ダウンロードFlowmaster:1次元ネットワーク熱流動解析ソフトウェア

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Flowmaster 資料配管系の脈動・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Flowmaster V7を使用する事で、前述した脈動による影響を机上にて実施し、設計段階での最適な脈動低減対策を検討する事が可能です。

 
Flowmaster 資料ガス配管系の脈動・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。Flowmaster V7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。

 
Flowmaster 資料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。Flowmaster V7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。

 
Flowmaster 資料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。この資料では、Flowmaster V7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て、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をモデル化しました。

 
Flowmaster 資料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これらの形式に変更することで、Flowmaster V7のネットワークが自動作成する機能です。

 
Flowmaster 資料車両トータル熱マネージメントシステム

Flowmaster V7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ます。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リングし、定常状態および過渡状態のシミュレーションを実施し、戦略的な熱管理ならびに燃料消費、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。

 
Flowmaster 資料Airsideシステム(AVS)

Flowmaster V7 Automotive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。

 
Flowmaster 資料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事が挙げられます。FlowmasterV7は、キャビンコンポーネントによりユーザへ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出来ます。

 
Flowmaster 資料4気筒ガソリンエンジン吸気系統の圧力脈動解析

Flowmasterを使用して、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モデル化を行います。そして、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。

 
Flowmaster 資料燃料電池/2次電池の冷却システム計算

Flowmaster V7では、燃料電池・2次電池および周辺機器をモデル化する事で、モード走行時などの温度予測を可能とします。本例題の解析結果はEUDC走行モード時の冷却水温度を示した例となり、時系列に回転数や発熱量を指定する事で、圧力や流量、温度変化を予測する事が可能です。

 
Flowmaster 資料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

近年、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。FlowmasterのZero Flow Heat Transfer機能は、このような冷却系統をモデル化してパフォーマンスの改善を支援することを目的として開発されました。

 
Flowmaster 資料FlowmasterLink for MATLAB®

FlowmasterLink for MATLAB®は、MATLABとFlowmaster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ですので、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。

 
Flowmaster 資料応答曲面作成機能について

Flowmaster V7では従来の Variable Parameter 機能を拡張して、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機能が追加されました。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が追加されました。また、FMU(Functional Mock-up Unit)のコードとして出力することも可能です。

 
Flowmaster 資料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、FlowmasterではV7.9.1において三次元熱流体解析ソフト「FloEFD」との連携機能が追加されました。この機能は他の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Flowmaster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三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。

 
Flowmaster 資料精密機器(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)の複雑な3次元熱流動解析を3DCFDを使用して行い、その結果を考慮して1次元熱流動モデルを作成し、Flowmasterによる1次元熱流動解析を行います。本例題では、1次元熱流動解析モデルの作成について説明しています。