PHOENICSの熱流体解析事例コラム

この調査の主な目的は、対流放熱器内のプレート間の距離が熱交換器の出口の温度と空気速度に与える影響を調べることです。複数のプレートを直列に接続することで、プレート間隔 δ のみが異なる、それぞれの対流放熱器モデルを作成、熱流動計算を行い、最適な形状を求めました。

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海洋の密度成層深部で振動または屈曲する物体 (魚、潜水艇など) は、物体から離れて伝播する内部波を生成し、いくつかの異常な特性を持ちます。特に、振動する物体からの内部波は、一定の波位相の線に垂直ではなく、それに沿ってエネルギーを伝播します。PHOENICS を使用してこれらの特性のいくつかを説明しますが、移動体に対する MOFOR 機能を使用して計算を拡張します

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船舶抵抗を予測するための従来のアプローチは、スケールモデル試験を行っています。しかし、モデルデータをフルスケール値に変換する際のスケール効果は、特にモデルと実機のレイノルズ数の間に存在する大きな差の点で、非常に重要になる可能性があります。HOENICS などの市販の CFD プログラムは、自由表面の VOF (Volume Of Fluid) アルゴリズムに基づく 2相シミュレーション法を適応させることで、必要な 2相流条件をシミュレートできます。

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CHAMは、公園内にある複雑な金属屋根デザインの天蓋の下の空間にいる歩行者に対する日射遮蔽の影響をシミュレートするよう依頼されました。クライアントの関心は、気象データに基づく太陽光の日射と影の挙動に着目しています。

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水中爆発は、高温高圧のガスを生成する急速な化学反応で始まります。 この膨張する気泡は衝撃波を発生させ、高速で水中に進みます。衝撃波伝播の重要なプロセスを単純化することで水中での衝撃波の伝播、またはより一般的には水中での音の伝播をシミュレートする際に PHOENICS でうまく機能することを示しています。

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CHAM は、ノルウェーの技術開発大手である Kongsberg Devotek AS からアプローチを受け、1 bar の大気中にフィン付きアルミニウム ボックス内に収納された水冷電子システムのプロトタイプ設計をモデル化するよう依頼されました。次の記事では、弊社コンサルタントチームによるベンチマーク計算の事例を説明します。

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デルフト工科大学と CHAM は最近、透明な建物において、低エネルギー使用量と良好な快適性の組み合わせがどの程度可能であるかという疑問に答えることに関する研究プロジェクト の成果として、「透明な建物における相変化材料 (PCM)蓄電池 のパフォーマンス」というタイトルの論文を発表しました 。PCM は、周囲温度が融点を超えると固体から液体への相転移によって熱を蓄えます。そして、周囲温度が凝固点を下回ると、蓄えられた熱を放出します。今回は、相変化を伴う材質の熱解析事例として、その論文の要約を掲載します。

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混ざりあわない3つの異なる流体による三相流をシミュレートするための、既存のPHOENICS VOF(Vomume of Fluid) オプションの拡張について報告します。この実装は、層状に分離された液体内を気泡が上昇する問題を実施し、各流体の物性の違いに応じて気泡の動きと歪みが定性的に確認できました。

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中国の家庭では、調理が室内粒子状物質（PM）の主な発生源であることが知られています。PHOENICS-FLAIR を使用して典型的な住宅配置における PM2.5 レベルをシミュレートすることにより、調理中の大気汚染の可能な制御手段を探る研究を行いました。

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Stocker Yaleは、製品の設計支援として、熱を予測するための熱モデリング/解析ソフトウェアの導入を検討ていました。CHAMは、この要求に対する PHOENICSの能力を実証するためのサンプル事例を作成しました。その際に実施したLEDハウジング内の自然対流の計算をご紹介します。

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今回は、カリフォルニア大学バークレー校の学生による水泳プールの最適設計に関する記事です。学生は、RhinoCFD の実践的なシミュレーションを行い、経験則を含む自然換気設計の理論と CFDの結果と比較しました。

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次の記事は、空力計算におけるPHOIENICSケーススタディです。弾丸形状による空気の流れ、圧力点、空力特性をより深く理解するため、弾丸の構成/形状の整合性と安定性について最適化することを目指しました。

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この記事では、2018後半にリリースが予定されている PHOENICS 2018 バージョン 2 で使用するための自由表面機能の追加の開発について報告します。このアップグレードには、THINC/WLIC [2-3] 界面キャプチャ スキーム、および界面と固体壁の間の接触角、ならびに表面張力の温度依存性を説明する強化された表面張力モデルが含まれます。

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建物を設計するとき、火災の安全性は特に重要です。
流れ、温度、煙の滞留を予測する機能を備えた計算は
火災安全工学において重要な役割を果たします。
BRTechEngineering社に対するPHOENICS-FLAIRの機能を説明するために、典型的なモデルによってベンチマークテストされました。

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冷却水チャネルの理想的な設計は、流れによって
引き起こされる振動を回避するために、燃料バンドル
への均一な流れ分布を生成することです。
この設計は、PHOENICSソフトウェアを使用して3次元数値シミュレーションを実行することによって調査されました。

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弊社コンサルタントチームは、燃焼室と炉の煙道の
設計が、地域の規制当局によって発行された環境
許可内に定められた 滞留時間と温度の要件を満た
していることを確認する目的で、バイオマス燃焼器の
熱流体解析を実施しました。

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水中燃焼は、ガスまたは液体燃料の燃焼により、
液体または溶融物の表面下で高温の燃焼生成物が
放出されるプロセスです。　
PHOENICSに組み込まれているIPSA 二相流モデル
を使用して燃焼による相変化、各相内の組成成分の分布、発生した燃焼ガスの気泡サイズ分布などをシミュレーションしました。これにより二相流モデルによる水中燃焼のシミュレーションの有効性を紹介しています。

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中東で開発計画されている新しい取水ポンプ場の設計
にあたって運用予測のため、PHOENICSを使って流体
シミュレーションを行いました。　
この取水ポンプ場建設に際して、２つの配置案が検討
されました。　１つはアプローチチャネル（前湾）に対して角度90°、2つ目は角度30°でポンプ場を配置する案でした。　流体解析を活用することで、ポンプ場の本格的な建設に先立って建築コストやスピードなどのメリットを簡潔に示すことに寄与しました。

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この解析は、"Rhinoceros(Rhino3D)"を使用して、船舶プロペラの3次元ソリッドモデルを作成しています。
そして、この3次元ソリッドモデルを”PHOENICS"に取り込み、「ROTORオブジェクト機能」を使用し、水力とトルクの値を解析しています。

”ROTORオブジェクト機能”は、プロペラ、ポンプ、ファンなどの”回転体”をシミュレーションするための便利なPHOENICSの標準機能です。

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缶詰やレトルトパック内の液体食品の加熱滅菌処理について、流体解析（CFD）を用いて分析を行いました。　流体解析（CFD）には有限体積法（FVM）に 基づく、3次元熱流体解析コード『PHOENICS』を使用しました。　 熱流体シミュレーションの結果は、温度履歴、速度分布、およびフローパターン、バクテリア等の細菌濃度を表示しています。　また、最もゆっくりとした加熱時の温度履歴やフローパターン等から時間を通じて滅菌経過を分析しました。

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連続鋳造のSEN（サブマージ エントリ ノズル）チューブは、スラブでの最終凝固のために、中間容器（タンディッシュ）から金型に溶鋼を供給する部分に当ります。United States Steel Corporation（USスチール）で使われているSENチューブには2つのポート（開口部）があり、そこを通過して溶鋼がタンディッシュから金型に入ります。ポートには、金型内の流れを下に向けるダウンアングルがあり、またポートはSENの底面よりわずかに上にあるため、チューブ内部の凹部（カップ）に底からポートまでの高さが生じます。
この金型内の溶鋼の流れを数学的にモデル化するためにPHOENICSが使用されました。

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調理は室内の粒子状物質（PM）の主な発生源であることが知られています。特に、中国の家庭では西洋の家庭料理と比較すると、中国料理は特別な調理スタイルのため屋内の大気汚染割合は、はるかに厳しい環境です。そのため、中国の住宅の室内環境に重要な影響を及ぼす要因となっています。いくつかの伝統的な中国料理の方法には、170°C以上の高温調理が必要であることがわかりました。

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「好気性発酵」とは、空気(酸素)のある状態で活動する微生物の働きで、ふん尿中の有機物を分解するとともに、悪臭を軽減し取り扱いを容易にします。古くから行われている堆肥づくりはこの好気性発酵を利用したものです。また、「嫌気性発酵」は、空気(酸素)に触れない状態で活動する微生物の働きで有機物を分解する方法です。発酵によりメタンガスが発生するため、メタン発酵とも言われています。

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製鋼の工程上、高炉は粉塵を含んだガスを放出します。このガスは、ガス洗浄と粒子状物質のリサイクルのために「集塵システム」に集約されます。また、ガスダストには高炉で起こる反応によって形成される微粒子が含まれています。「集塵システム」の主な構成は、重力または、使用済みガス（ダスト）の流れから粉塵の混合物を分離するサイクロン型の重力集塵機です。

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コングレソ デ ロス ディプタドスは、スペインのパラシオ デ ラス コルテスにある下院議事堂です。 1843年に建てられたこの建物は、マドリードにある後期新古典主義建築の最も素晴らしい例の1つです。 ここではスペインの空調関連会社Tayra SLがドイツの空調関連会社Krantz GmbHに依頼してPHOENICSを用いて行われた国会議事堂の換気設計のモデル化について説明しています。

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近年、Milan Polytechnic流体研究グループは、鉱業において興味深いハイドロトランスポートプロセスのモデリングにおける専門的な技術を開発しました。このテーマに関する研究活動は、水平管内の乱流、液固、スラリー流のシミュレーションのためのCFDモデルの開発に関して2010年にGianandrea Messaによって行われた研究にまでさかのぼります。このモデルは、予めコード内の組み込まれている二相流解析手法のIPSA（Inter-Phase Slip Algorithm）二流体モデルのシミュレーション機能を拡張することによってPHOENICSに実装されました。

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以前のニュースレターの記事[1]では、室内環境におけるエアロゾル粒子の分散と付着をシミュレートするためのオイラーベースの多相モデルが説明されていました。このモデルは、PHOENICS-FLAIR 2018の次期リリースで標準オプションとして実装されました。典型的な用途としては、室内の空気質の調査や、次のものに対処するための換気システムの設計があります。

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アンモニア分解ユニット（ACUs）は、予備発電装置などの燃料電池テクノロジーのモバイル応用に必須の役割を果たします。実用的なACUの数学的モデリングは、装置やシステムの幾何形状と化学-力学の複雑さを伴う流体機械方面のカップリングが要求されます。アンモニアへの触媒分解は、ガス流れと複数の化学反応を含む異種の反応メカニズムに依存します。

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「下に示されたレポートは、ポルトガルのミニョ大学ステナブルデザイン科の国際博士プログラムとCHAMとの間の共同研究の結果である。PHOENICSおよびPHOENICS-Flairを使用したシミュレーションは、博士号学生マルコアウレリオドゥ・オリベイラによって開発されている試験機の熱と換気性能を評価するために非常に重要であった。

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津波（fig 1）は、主に地震によって引き起こされるもので、UKには然程脅威ではないと考えられていた。しかし、より最近の研究(ref 1)により、大きいスケールの海中への地滑りが津波を引きおこす可能性をあるかもしれず、実際8200年前シェットランドではこれにより20mの津波を発生させていたことが分かった。リスクは低いかもしれないが、原子力や他の必須のサービス設備は、10000年に1回起こるかもしれない災害からも保護されるようにしなければならない。

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本文では、私達が行ったブドウ農園の微気候モデリング、ワイン醸造所内の熱対流、および卵形タンク内のワインの動きを示します。私達は、流体の物理学が、熱や霜、植物にとっての限界、どうしたら散るかなどの分野で予測可能か否かを見極めるために研究しています。計画を実施する時、私たちは、最初に三次元マップを作成する為に地形データを確定するところから始めます。私達は、すべての過去の既知の気候データも収集し、地形の起伏に従った卓越的な空気質量の変位を計算します。

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Urban-VWT（Urban-Virtual Wind Tunnel）は、PHOENICS-DirectをUI（ユーザーインターフェイス）として使用するアプリケーションSimSceneである。これは、建物や建物の周りの風の影響、および歩行者や周囲の都市景観への影響を評価するツールである。本研究では、Urban-VWTを用いて、中国浙江省の建物群周りの空気流れの数値解析事例を示す。特に北（N）と東南東（E-S-E）の風向きについて、図1の丸で囲まれた建物周辺の歩行者規模の風に焦点を当てる。

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個人換気システムは居住者が吸入する空気の質を向上させるため、新鮮な空気を空間内に供給するためのものである。オフィス環境の個人換気システムに関する研究は多くあるが、病院に関してはほとんど報告されていない。個人換気システムに伴うエネルギー消費量の低減と制御の向上は、病院室内空気質を改善するだけでなく、病院のエネルギー使用量とランニングコストの削減につながる。

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群集がどのように振る舞いをするかを予測することができることは安全を守る上で重要である。例えば宗教的な祭りに参加する人々の安全、スポーツイベント、音楽祭り、全国的なお祝い、デモンストレーションや空港での人々の動き、駅や客船などでの人々の動きなどである。一例として、Hajj に関連した多くの群衆の墜落事故が過去に発生している。Hajj は、メッカで毎年行われる巡礼であり、体力および経済的に余裕があれば、少なくとも一回はイスラム教徒が生涯遂行する義務として定められている。

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伝統的なマクロ衝撃波管についての研究は長い歴史があるが、近年の話題は、例えば マイクロ推進システムや医学システムにおける薬物伝達デバイスなどのような、マイクロ衝撃波管をより多くの産業分野で使用する試みである。
末端が閉じた衝撃波管は、低圧の非駆動ガスと高圧の駆動ガスは隔離されており、流れは隔膜が破裂することで発生する。

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