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iGRAFの解析機能・動作環境

iGRAFの機能

iGRAFの製品構成として、基本機能のみと基本機能+VOFオプションの2タイプがございます。

基本機能のみの製品タイプでは、DEM-CFDと呼ばれる粉体流体二相流の連成シミュレーション技術が搭載されています。DEM-CFDによって、粉体単相流、固液二相流、固気二相流のシミュレーションが可能になります。

基本機能+VOFオプションの製品タイプでは、VOF法による自由液面の計算が可能になります。DEM-CFDとVOF法を組み合わせたDEM-VOFによって、固気液三相流のシミュレーションが可能になります。

PKGsystem.JPG

用語の説明

DEM

DEMは離散要素法(Discrete Element Method)の略称であり、1979年にCundallとStruckにより提案され、現在は粉体シミュレーションで最も広く使われている手法です。粉体粒子間の相互作用を摩擦力と弾性力で模擬し、粒子が衝突したり転がっていく様子を再現することができます。
iGRAFの粉体シミュレーションにおいてもDEMが採用されています。

粒径分布を考慮した粉体シミュレーション

iGRAFでは、粒径の異なる複数の粉体材料を用いて粉体シミュレーションを行うことができます。粒径分布を与える場合、粒径比を大きくする程粒子の接触点が増えて計算負荷が高くなります。粒径比の最小値と最大値の比が1対4程度が上限値になります。
密度が異なる粉体材料も取り扱うことができます。

VOF法

自由液面の計算手法として、VOF法(THINC/WLIC法)を導入しています。VOF法では、流体セル内の液体量をVOF関数で表します。VOF関数は0から1の値を取り、0は気体を表し、1は液体を表します。

符号付距離関数(Signed Distance Function:SDF)

SDFは、粒子と壁面の距離を表す関数で、壁の固体部分を負の値、壁の外部を正の値とします。SDFは、壁面にメッシュを生成するのではなく、壁面近傍のSDFの空間分布を生成するため、ユーザーの手間はSDFの空間解像度を指定するだけで済みます。また、SDFはDEMと相性が良いため、計算時間を短縮でき、複雑な形状を良く再現することができます。

埋め込み境界法(Immersed Boundary Method:IBM)

IBMは、流体に対する壁面モデリングの手法の一つです。IBMは、均一な直交メッシュを用いて、剛体の形状を再現できるため、メッシュの大きさや形状を指定する必要がなく、ユーザーのメッシュ生成の手間を削減できます。また、流体中の任意の剛体の運動を再現することができます。例えば、iGRAFでは、流体中の剛体の並進移動、回転移動、振動またはこれらの組み合わせのシミュレーションが可能です。

DEM粗視化モデル(Coarse Grained Model)

粗視化モデルとは、小さな粉の集団を大きな粉で置き換えるための物理モデルです。DEMに、粗視化モデルを組み込むことで、実際よりも少ない粒子数で現象を再現することができ、計算時間を大きく短縮できます。
例えば、N個の粒子の集団を1個の粒子に置き換えた場合、計算時間を1/(N^1.5)倍程度に短縮することができます。
粗視化モデルを使わずに粒子を置き換えた場合、周りの流体に対する抗力や、粒子同士が衝突した際のエネルギー散逸量が異なり、実現象を再現できません。

マルチコア並列計算

マルチコア並列計算とは、1台のマシンにおいて複数のコアを使用して並列計算を行うことです。それに対して、複数のマシン間で通信しながら並列計算をするクラスター並列計算があります。iGRAFでは、粉体計算(DEM)、流体計算(CFD)の両方共にOpenMPを用いたマルチコア並列計算技術を搭載しており、1台のマシンで高速に計算ができます。

iGRAF動作環境

OS: Windows7 64bit

SOLIDWORKS: バージョン2016



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