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Examples of Fluid analysis 流体解析の事例

Simcenter FLOEFD 冷房中の室内換気におけるサーキュレーター使用(設置位置・送風角度)の最適化
  • Simcenter FLOEFD
  • 流体解析

外気温30℃の夏場、エアコンを稼働させたまま大きい窓とドアを一部開放して換気を行う際、最も効率良く換気ができ、かつ部屋の温度変化の小さい、サーキュレーターの使用状態(設置位置、送風角度)について検討を行います。

左図のサーキュレーターの設置位置、送風角度を初期状態として解析を行ったのち、Simcenter FLOEFDのHEEDSモジュール(※)を使用し、サーキュレーターの①設置位置と②送風角度を設計変数として最適化を行います。
(※)HEEDSモジュールは、探査アルゴリズムSHERPAを搭載した、Simcenter FLOEFDの最適化オプションモジュールです。

Simcenter-FLOEFD-2.jpg

サーキュレーターは部屋内の床面(x-z平面)上で自由に配置することができます。 また、左図に示すように2方向(左右方向及び、上下方向)への回転自由度があるものとします。

Simcenter-FLOEFD-3.jpg

【設定】
流体解析のための各設定は左図の通りです。
また、最適化を行うための目的関数と設計変数の設定を行います。
本例では、
目的関数として
換気効率 ⇒ 新しい空気の体積割合:最大化
冷房効果 ⇒ 部屋の平均温度:最小化
設計変数として
① サーキュレーター位置:室内x-z平面上2方向への移動
② サーキュレーター送風角度:左右方向、上下方向への回転
を設定します。

Simcenter-FLOEFD-4.jpg

エアコンの稼働による冷房効果とサーキュレーター使用による換気効率という、2つの特性を目的関数としていますが、これらは互いにトレードオフの関係になると考えられます。
Simcenter FLOEFD HEEDSモジュールでは、トレードオフの関係にある多目的最適化(複数の目的関数が存在)を行うことで、複数の最適解(パレート解集合(※)、パレートフロント)を得ることができます。
※左図の緑色の点

この中から、最も代表的な計算結果として

初期状態 :リファレンス
最適79 :室内の平均温度が最小
最適119 :新しい空気の割合が最大

Simcenter-FLOEFD-5.jpg

上記3つを比較すると左のようになります。

Simcenter-FLOEFD-6.jpg

また、それぞれの結果において、部屋を上面から見た際の対流の様子(ベクトル図) は次のようになります。

 

初期

Simcenter-FLOEFD-7.jpg

最適79(室内の平均温度が最小)

Simcenter-FLOEFD-8.jpg

最適119(新しい空気の体積割合が最大)

【まとめ】
Simcenter FLOEFD HEEDモジュールを使って、トレードオフの関係にある複数の目的関数をもつ多目的最適化を行い、パレート解集合を得ることができました。
それぞれのパレート解から得られるアセンブリセットを確認し、最も適した解を選択することで効率的な検討が可能となります。

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