１次元CFDと３次元CFD

[はーちゃん]

流体解析の一般的な質問なので、ここで質問していいことなのか分かりませんが

分からなくて困っているので質問してみます。。

１次元CFDと３次元CFDとありますが、それらは一体どういうものですか？
おそらくとても基礎的なことで、当たり前のようにそれらの言葉が使われているのですが、
いまいち分かりません。

１次元というのは、ある管を流れる流体の１次方向のみを解く、というようなものでしょうか。

どなたか解説いただけると嬉しいです。
よろしくお願いします。

[CHARADE]

こんにちは。

> １次元CFDと３次元CFDとありますが、それらは一体どういうものですか？

> おそらくとても基礎的なことで、当たり前のようにそれらの言葉が使われているのですが、

はい。ごく普通に使いますね。

> １次元というのは、ある管を流れる流体の１次方向のみを解く、というようなものでしょうか。

その通りですが、どこがわからないのでしょうか。もう少し具体的に書いていただけると、アドバイスも受けやすいと思います。

CFD解析を行なう場合、一次元、二次元、準三次元、三次元などに分かれます。これらは用途や目的によって使い分けます。一次元より二次元、二次元より三次元の方が一般には精度は上がりますが、計算時間もめちゃくちゃ増えますので、どんな場合でも三次元解析がいいわけではありません。

それでも、たとえば断面積に変化がない川の流れのように、特定方向のみの流れが強く、上下左右の動きは考慮する必要がない場合は、一次元解析でもそれなりの結果は得られます。




2013年8月7日 12:04 はーちゃん <a.29...@gmail.com>:

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CHARADE
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[はーちゃん]

もう少し説明します。

何が分からなかったかというと、

流体解析というと、室内や室外の空気の流れや車や飛行機周りの空気抵抗と解くものと思っていました。

そこで流体というのは重力もあるし3次元方向に動きますので、3次元で解いていくものだと思っていました。

しかし1次元の流体解析があると聞いて1次元方向だけ解くのでいいの？と思い質問させていただきました。

1次元方向だけを扱えばいいものを1次元だけで解くのならまだ理解できるのですが、

1次元解析と3次元解析の長所と短所なるものがまとめられているものを見て、より不思議に思いました。

3次元場であるならば3次元で解かなくてはいけないし、1次元で済むのなら1次元で解けばいいじゃないかと。

次元を増やすことで上がる精度と、計算時間は天秤にかけるものなのでしょうか。

前者の方が優先されるものとばかり思っていました。

[もす]

こんにちわ。横からすみません。

＞次元を増やすことで上がる精度と、計算時間は天秤にかけるものなのでしょうか。

＞前者の方が優先されるものとばかり思っていました。

現実問題としては時間と費用が比例しますので天秤に欠けざるを得ません。

企業も研究機関も年度予算で動きますので、年度内にレポートできない計算は実行できませんよ？

無駄飯ぐらいと思われちゃいます。

[ohbuchi]

こんにちは。

１D解析と３D解析は目的と用途が違うと思います。

純粋に流体力学だけの１D解析の例としては、管路網解析があります。

管内の断面二次流れは無視して、管路内の圧力分布や枝管の流量の時間変化を予測するのに

有効です。長い流路を３次元メッシュで分解して解くのは非現実的です。

他には、原子炉の冷却系シミュレーション（TRACコードやRELAPコードなどがあります）、

自動車のシステムシミュレーションなど様々な適用例があります。

システム全体の挙動を把握するには、３D解析よりも都合がよいといえます。

詳細な流れパターンを検討するのに３D解析を使い、システム全体のダイナミックな挙動を

把握するのに１D解析を使うという、使い分けだと思います。

以上、ご参考まで。

2013年8月19日月曜日 17時33分02秒 UTC+9 はーちゃん:

[もす]

純粋に流体力学だけの１D解析の例としては、管路網解析があります。

管内の断面二次流れは無視して、管路内の圧力分布や枝管の流量の時間変化を予測するのに

有効です。長い流路を３次元メッシュで分解して解くのは非現実的です。

 

管路網解析といえば2代目プリウスのバッテリー冷却系の初期検討に回路網モデルを 使ったという例があります。

このPDFのp.58

[CHARADE]

新倉です。
お久しぶりです。

なるほど、何を疑問に感じておられるかはわかりました。

> 次元を増やすことで上がる精度と、計算時間は天秤にかけるものなのでしょうか。

そもそも計算時間の違いって、2倍とか3倍とかではなく、何百倍とか何千倍とか（もしかしたらもっと）、そういう違いなので、この計算は1次元と3次元とどっちで計算しようかな、今日は3次元でいってみる？
みたいな選択ではなくて、使われる場面が基本的には全然違います。たいてい、ツールも違いますし。

それで、参考までに下記の論文を紹介します。

http://www.toshiba.co.jp/tech/review/abstract/2012_07.htm

この3番目にある「1DCAEによるものづくりの革新」をご覧になると、1Dシミュレーションと3Dシミュレーションの基本的な違いがおわかりになるのでは、と思いますがいかがでしょうか。

大富浩一氏は計算工学会などで以前から「1Dシミュレーションと設計」をテーマによく話をされていますので、このお名前で検索すると、他にもっとわかりやすい資料が見つかるかも知れません。



2013年8月19日 17:33 はーちゃん <a.29...@gmail.com>:

[はーちゃん]

分かりました。

1次元と3次元での計算だとかかる計算負荷が全然違うのですね。

そこのスケールが分かっていませんでした。

そうすると仰られているように、目的を考えて正しい計算方法を選定することが大事になってくるのですね。

みなさん、丁寧な解説をありがとうございました。

すごくすっきりしました。