近年、製品の複雑化などに伴い、 流体解析のニーズが高まってきているとされています。
本記事では、建物の空調性能を確認するCFD(熱流体解析)、CFDのパーツ化についてご紹介します。
CFD(熱流体解析)とは
CFD（Computational Fluid Dynamics）とは、数値流体力学（Numerical Fluid Dynamics）の略で、流体力学の基礎方程式を数値的に解くことで、流体の流れや熱の移動をコンピュータ上でシミュレーションする技術です。
CFDは航空機、自動車、船舶、発電所、化学プラント、建築物などさまざまな分野で活用されています。
CFDシミュレーションの一般的な手順は、以下のとおりです。
- 解析対象の形状と条件をモデル化する
- 流体力学の基礎方程式を数値的に解く
- 解析結果を解析/検証する
解析対象の形状と条件をモデル化する際には、解析対象の特性や条件を十分に考慮することが重要です。
CFDのメリット
CFDを行うことで、試作品を作らずにさまざまな条件における検討でき、開発期間の短縮や試作コストの削減を図ることができます。
また、実験による測定が難しい場合や実験そのものが困難な場合にも、詳細なデータを得られます。
イメージしづらい流れや熱の動きを視覚的に表現でき、感覚に頼らない合理的な説明を行うための手段として利用できるのが大きなメリットです。
CFD(熱流体解析)のパーツ化
CFD（熱流体解析）のパーツ化とは、CFD解析で使用する部品や機器を、あらかじめモデル化したパーツとして用意しておくことです。
CFD解析では、解析対象の形状や条件をモデル化して、数値的に解くことで、流体の流れや熱の移動をシミュレーションします。
しかし、解析対象が複雑な形状や条件の場合、CFD解析の計算時間は膨大になり、実用的な解を得ることが困難になることがあります。
パーツ化することで、解析対象をパーツごとに分割して解析を行うことができるため、計算時間を大幅に短縮することができます。
たとえば、エアコンの空調や吹き出し口の配置のパーツ化の成果は、空気調和・衛生工学会のWebサイトで公開されているようです。
吹き出し口などのパーツには、CFD解析に必要なデータがインプットされているため、CFDソフト上でモデル内に置くだけで簡単にCFD解析ができます。
市販CFDソフトやオープンソースにも対応している
パーツ化作業には、BIMソフトベンダーやCFDソフトベンダー、ユーザーなどが参加しています。
意匠設計用BIMソフトのベンダーは、熱貫流率などの空調設計用のデータが既にインプットされているモデルを作っています。
また、CFD解析用のデータを書き出すための機能の開発が行われているとされます。
一方で、CFDソフトのベンダー側は、空調機器のパーツの共通規格をXML形式で作り、異なるベンダーのソフト間でも同様に使用できるように開発しています。
CFD(熱流体解析)でシミュレーションしよう
CFDは近年ますます高度化・高性能化が進んでおり、より精度の高いシミュレーションができます。
また、近年のコンピュータの性能向上により、更に複雑な形状や条件でのシミュレーションも可能です。
そのため、CFDは今後ますます広範囲に活用されていく技術として期待されています。
