ダルシーフロー解析と対流トポロジー最適化

ダルシーフロー解析を介して線形定常熱伝導の強制対流を利用できます。

ダルシーフロー解析は、現時点で、定常熱伝導解析でのみサポートされています。強制対流の用途には、電気モーターの冷却溶液、工作機械(鋳造、成形)、熱交換、HVACシステム、およびPCBを含む電子機器の冷却が含まれます。加えて、トポロジー最適化は、ダルシーフロー解析を使用した定常熱伝導に使用できます。トポロジー最適化では、構造定常熱伝導解析と組み合わせて冷却に対する強制対流の効果が考慮されます。トポロジー最適化は、広範囲に及ぶ用途で冷却水路の構造と配置の最適化に役立つ可能性があります。

フロー解析は次のように表されます:(1) K p p= f p MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaC4samaaBa aaleaacaWGWbaabeaakiaahchacqGH9aqpcaWHMbWaaSbaaSqaaiaa dchaaeqaaaaa@3C02@
ここで、
K p MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaC4samaaBa aaleaacaWGWbaabeaaaaa@37E9@
透過性マトリックス
p MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCiCaaaa@36ED@
構造内の節点圧力
f p MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCOzamaaBa aaleaacaWGWbaabeaaaaa@3804@
流入口における圧力荷重
流体流れ解析は、多孔質媒体を通過する流体の流れを表すダルシーの法則を使用して実行されます。(2) u= κ μ p MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCyDaiabg2 da9iabgkHiTmaalaaabaGaeqOUdSgabaGaeqiVd0gaaiabgEGirlaa dchaaaa@3ED8@
ここで、
u MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCyDaaaa@36F2@
流速
κ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqOUdSgaaa@37A6@
透水性(これは熱伝導率とは異なり、 k MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKf MBHbqefqvATv2CG4uz3bIuV1wyUbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhi ov2DaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8 qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9 q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaacaGacmGadaWaaiqacaabaiaafaaake aacaWGRbaaaa@39A7@ によって表されます)
μ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqiVd0gaaa@37AA@
流体の動的粘性
p MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaey4bIeTaam iCaaaa@386F@
圧力差
方程式は次のように書き換えることができます:(3) u e = κ μ B p e MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCyDamaaCa aaleqabaGaamyzaaaakiabg2da9iabgkHiTmaalaaabaGaeqOUdSga baGaeqiVd0gaaiaahkeacaWHWbWaaWbaaSqabeaacaWGLbaaaaaa@4059@
ここで、
u e MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCyDamaaCa aaleqabaGaamyzaaaaaaa@3809@
要素流速
B MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCOqaaaa@36BF@
形状関数の微分
p e MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCiCamaaCa aaleqabaGaamyzaaaaaaa@3804@
(流れ解析から供給される)要素内の節点圧力
熱定常熱伝導解析は次のように表されます:(4) K c + C p T = f MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaamWaaeaaca WHlbWaaSbaaSqaaiaadogaaeqaaOGaey4kaSIaaC4qamaabmaabaGa aCiCaaGaayjkaiaawMcaaaGaay5waiaaw2faaiaahsfacqGH9aqpca WHMbaaaa@40DA@
ここで、
K c MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaC4samaaBe aaleaacaWGJbaabeaaaaa@37DD@
熱伝導マトリックス K c = n = 1 N e Ω e k B T B d Ω MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaC4samaaBa aaleaacaWGJbaabeaakiabg2da9maaqahabaWaa8qeaeaacaWGRbGa aCOqamaaCaaaleqabaGaamivaaaakiaahkeacaWGKbGaeuyQdCfale aacqqHPoWvdaahaaadbeqaaiaadwgaaaaaleqaniabgUIiYdaaleaa caWGUbGaeyypa0JaaGymaaqaaiaad6eadaWgaaadbaGaamyzaaqaba aaniabggHiLdaaaa@4A93@
C p MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaC4qamaabm aabaGaaCiCaaGaayjkaiaawMcaaaaa@3942@
対流マトリックス(ダルシーの法則からの流速 u e MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCyDamaaCa aaleqabaGaamyzaaaaaaa@3809@ を含む): C p = n = 1 N e Ω e N ^ T ρ c p u e B d Ω MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaC4qamaabm aabaGaaCiCaaGaayjkaiaawMcaaiabg2da9maaqahabaWaa8qeaeaa ceWHobGbaKaadaahaaWcbeqaaiaadsfaaaGccqaHbpGCcaWGJbWaaS baaSqaaiaadchaaeqaaOGaaCyDamaaCaaaleqabaGaamyzaaaakiaa hkeacaWGKbGaeuyQdCfaleaacqqHPoWvdaahaaadbeqaaiaadwgaaa aaleqaniabgUIiYdaaleaacaWGUbGaeyypa0JaaGymaaqaaiaad6ea daWgaaadbaGaamyzaaqabaaaniabggHiLdaaaa@510E@
ここで、
f MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCOzaaaa@36E2@
温度荷重ベクトル
T MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCivaaaa@36D1@
節点温度マトリックス
N ^ T MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGabCOtayaaja WaaWbaaSqabeaacaWGubaaaaaa@37E0@
拡張形状関数
N e MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamOtamaaBa aaleaacaWGLbaabeaaaaa@37DD@
要素の総数
ρ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqyWdihaaa@37B4@
密度
k MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4Aaaaa@36E4@
熱伝導率(これは透水性Kappaとは異なり、 κ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqOUdSgaaa@37A6@ によって表されます)
c p MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4yamaaBa aaleaacaWGWbaabeaaaaa@37FD@
比熱容量
u e MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCyDamaaCa aaleqabaGaamyzaaaaaaa@3809@
ダルシーの法則からの要素流速

熱定常解析は、対流マトリックスを介して強制対流を取り込みます。ダルシーフローを介した強制対流を考慮する最適化解析を実行する定常熱伝導サブケースのトポロジー設計空間を定義できます。

入力

定常熱伝導解析で強制対流解析を有効にするには、熱構造解析と流れ解析の両方の入力定義が必要です。

境界条件

熱構造解析と流体流れ解析の両方の境界条件が必要です。標準的な構造熱境界条件は、SPCサブケース / バルクデータを介して使用できます。流れ解析では、境界条件を定義するための2つのオプションがあります:
Nodal Pressure
流れ解析が熱解析と同じサブケースで実行されます。SPCPサブケースエントリとSPCPバルクデータは、流れ圧力境界条件を定義するために使用できます。流入圧力と流出圧力の両方をSPCPエントリを使用して定義できます。
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
SPCP SID G D G D G D    
Inlet Velocity
SPCPエントリを介した流入圧力定義の代わりに、INLTVELサブケースエントリとINLTVELバルクデータを介した流入速度を使用できます。流出圧力は、SPCPエントリを使用して定義する必要があります。
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
INLTVEL SID EID VALUE G1 G2 G3 G4    

ダルシーフロー解析では、流出圧力を定義するために、SPCPバルクデータ / サブケースエントリのペアを使用することが必要です。ただし、流入速度については、INLTVELバルクデータ / サブケースのペアとSPCPバルク / サブケースのペアのどちらも使用できます。そのため、SPCPサブケースエントリは、定常状態熱伝導サブケースの流れ解析をオンにするエントリと見なすことができます。

荷重

荷重は、一般的な熱伝導荷重を介してソリッド領域と流体領域のどちらにも適用できます。例えば、SPCエントリを使用して節点温度荷重を定義したり、QBDY1エントリを使用して熱流束荷重を定義したり、QVOLエントリを使用して体積発熱荷重を定義したりできます。

材料特性

強制対流熱伝導解析の構造と流体の両方の材料特性をMAT4バルクデータエントリを介して定義できます。構造材料特性は、一般的に、フィールドK(構造熱伝導率)、CP(構造比熱)、RHO(構造密度)、およびH(対流熱伝導係数)を指定する先頭行を使用して定義されます。Hは、CONVバルクデータの存在する場合の周辺への自然対流にのみ使用されます。流体熱伝導特性の場合は、DARCY継続行を使用して、KAPPA(透水性)、MU(流体動粘性)、K(流体熱伝導率)、CP(流体比熱)、およびRHO(流体密度)を定義できます。
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
MAT4 MID K CP RHO H   HGEN    
  DARCY KAPPA MU K CP RHO      

特定の要素がソリッド要素のみの場合、DARCY継続行は必要ありません。DARCY継続行のない材料を参照する要素の場合は、すべての流体のMAT4エントリの中で最小のKAPPA/MU値が取得され、10-9が乗算されて、その値がダルシーフロー解析のソリッド透過性の計算に使用されます。

最適化を行わず、ダルシーフロー解析のみを実行する場合は、各要素でソリッドのみのMAT4エントリ(DARCY継続行がない)または流体のみのMAT4エントリ(DARCY継続行はあるが、構造熱特性がない)を参照できます。

ただし、トポロジー最適化を実行する場合は、設計空間内の要素に関して、参照されるMAT4エントリに構造材料特性と流体材料特性の両方を含める必要があります。

トポロジー最適化

トポロジー最適化中は、設計空間内の各要素をソリッド(密度=1)または空孔(流体、密度=0)にできます。そのため、設計空間内の要素は、構造材料特性と流体材料特性の両方でMAT4エントリを参照する必要があります。

強制対流トポロジーでは、DOPTPRM,TOPDISC,YESと最小部材寸法制御(DOPTPRM,MINDIMか、DTPLエントリのMEMBSIZのいずれかを使用)の両方が自動的にオンにされます。ユーザーが最小部材寸法制御をオンにしない場合は、平均メッシュサイズに基づく値を使用して自動的にアクティブにされます。

流れベースの強制対流トポロジー最適化では、次の応答を使用できます:
  1. グローバル熱コンプライアンス(RTYPE=TCOMP(5) T c = 1 2 t T f t = 1 2 t T K t + C p t MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamivamaaBa aaleaacaWGJbaabeaakiabg2da9maalaaabaGaaGymaaqaaiaaikda aaGaaCiDamaaCaaaleqabaGaamivaaaakiaahAgadaWgaaWcbaGaam iDaaqabaGccqGH9aqpdaWcaaqaaiaaigdaaeaacaaIYaaaaiaahsha daahaaWcbeqaaiaadsfaaaGcdaWadaqaaiaahUeadaWgaaWcbaGaam iDaaqabaGccqGHRaWkcaWHdbWaaeWaaeaacaWHWbaacaGLOaGaayzk aaaacaGLBbGaayzxaaGaaCiDaaaa@4C5F@
  2. 節点温度(RTYPE=TEMP
  3. 節点流れ圧力(RTYPE=FLOWPRES

応用例としては、節点流れ圧力応答を使用して、特定の流入速度における流入口と流出口での全体的な圧力の低下を抑えることができます。これにより、構造を通して流体を汲み上げるために使用される流体ポンプの圧力低下が抑えられます。圧力低下値を本質的に定義する別の方法でも、SPCPバルクデータを使用して流入口と流出口の両方の圧力を定義します。

サポートされる入力

ダルシーフロー解析と対流トポロジー最適化は、シェル要素とソリッド要素でサポートされます。DTPLバルクデータエントリを使用して、トポロジー最適化をオンにできます。

サンプルモデルのセットアップ

次のサンプルは、モデルセットアップの例を示しています。
$ *****************************************************************
$ DARCY FLOW ANALYSIS – FORCED CONVECTION STEADY STATE HEAT TRANFER
$ *****************************************************************
SUBCASE 1
   SPC = 4	$ Provides Heat transfer boundary conditions or Temperature loading. 
   SPCP = 6 	$ Activates Darcy Flow analysis, while providing outlet pressure
   INLTVEL = 2  $ This is not mandatory. SPCP can also be used to define inlet pressure
   LOAD = 13 	$ Defines Heat Transfer loading via either QBDY1 or QVOL. 
   PRESSURE = ALL $ Turns on nodal pressure output for Darcy flow.  
   VELOCITY = ALL $ Elemental Velocity is output by default for Darcy flow.
BEGIN BULK
$--1---><--2---><--3---><--4---><--5---><--6---><--7---><--8---><--9---><--10-->
QBDY1         13  10000.   10501
MAT4           1 50.2    5.02E8 7.83E-9 1.2765
MAT4           2 50.2    5.02E8 7.83E-9 1.2765    
+        DARCY    0.1    1000.0 0.598   4.183E+9 1.0E-9
INLTVEL        2    9305  1000.0    8605     425  1549  8611
INLTVEL        2   13305  1000.0   12826    8605  8611  12832
INLTVEL        2   17305  1000.0   17047   12826 12832  17053
INLTVEL        2   21305  1000.0   21268   17047 17053  21274
SPC            4     425            0.0
SPC            4     426            0.0
SPCP           6  122612     0.0
SPCP           6  118391     0.0

出力

一般的に、節点温度(THERMAL)や熱流束(FLUX)などの定常熱伝導解析の出力は、ダルシー流動解析でサポートされています。

加えて、節点流れ圧力(PRESSURE)と要素速度(VELOCITY)の出力は、ダルシーフロー解析専用です。

節点圧力は、デフォルトでオフになっているスカラー量出力です。PRESSURE入出力エントリを使用して、節点圧力出力をオンにすることができます。

要素速度は、デフォルトではベクトル出力で、VELOCITY入出力エントリを使用して制御できます。(6) u = κ μ p = κ μ B p e MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCyDaiabg2 da9iabgkHiTmaalaaabaGaeqOUdSgabaGaeqiVd0gaaiabgEGirlaa dchacqGH9aqpcqGHsisldaWcaaqaaiabeQ7aRbqaaiabeY7aTbaaca WHcbGaaCiCamaaCaaaleqabaGaamyzaaaaaaa@471E@
ここで、
u MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCyDaaaa@36F2@
要素速度
κ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqOUdSgaaa@37A6@
透水性
μ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqiVd0gaaa@37AA@
流体の動的粘性
p MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaey4bIeTaam iCaaaa@386F@
圧力差
B MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCOqaaaa@36BE@
要素形状関数の微分
p e MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaCiCamaaCa aaleqabaGaamyzaaaaaaa@3804@
要素内の節点圧力 e MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKf MBHbqefqvATv2CG4uz3bIuV1wyUbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhi ov2DaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8 qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9 q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaacaGacmGadaWaaiqacaabaiaafaaake aacaWGLbaaaa@39A1@
次の表に、解析を実行するために必要な入力と出力のエントリを示します。
表 1. ダルシーフロー解析と対流トポロジー最適化の概要
ダルシーフロー解析と対流トポロジー バルクデータ ケース制御
固定温度境界条件 SPC SPC
流体境界条件 SPCPINLTVEL SPCPINLTVEL
構造熱材料    
流体熱材料 MAT4DARCY継続行)  
荷重 SPC(温度)、QBDY1(流束)、QVOL(発熱) SPCLOAD
流体熱伝導解析と構造熱伝導解析の出力   THERMALFLUXPRESSUREVELOCITY
最適化 DTPLDRESP1応答(TCOMPTEMPFLOWPRES)、DRESP2DRESP3 DESSUBDESOBJDESGLB