CFDエンジン設計に革命 !!!エンジンCFD設計のための革新的解析システムCONVERGE 並びに 大規模可視化とCFD最適設計のご紹介セミナー【CONVERGEによりエンジンCFD解析を劇的に向上】メッシング作業ゼロ、 非定常計算や多気筒同時計算などあらゆるエンジンCFD噴霧燃焼解析業務の大幅な時間短縮とコストダウンを実現！　【併せて、大規模可視化と最適設計の効率化をご紹介】- FieldView V12.3最新バージョンによる並列可視化による斬新なCFD業務効率化手法の紹介！　- SCULPTOR V2.3によるCFD最適設計後のCADシステムへの反映方法の紹介！

ご質問への回答集（Q&A) INDEX

• エンジン燃焼ならびに一般CFDの高度業務効率化に向けたヴァイナスの取り組み
• CONVERGE V1.3のご紹介と運用コスト削減効果
• 米国におけるガソリン＆ディーゼルエンジン開発におけるCONVERGEの適用事例
• CONVERGEの噴霧・燃焼解析機能と開発ロードマップ
• 大規模CFD解析の並列可視化のためのParallel-FieldViewとFieldView 12.3(最新バージョン）によるエンジンCFD設計自動評価機能
• SCULPTOR V2.3とCONVERGEによる吸排気管や燃焼室形状の最適設計の効率化

CONVERGE V1.3のご紹介と運用コスト削減効果

1.現在使用中のソフト（非構造格子）ではメッシュ生成に大変苦労しており、特にバルブやピストンなどの移動物体周りのメッシュ生成と移動変位の設定が困難です。CONVERGEでは、移動物体の設定が容易とのことですが、その理由を説明願います。

1.CONVERGEでバルブやピストンなどの移動物体の設定が容易である最大の理由は、移動物体の時間依存の変位の指定が、体積格子生成と無関係であるためです。従来法の非構造格子ソルバでの移動変形メッシュ機能では、壁面移動と体積格子の変形/追加/削除を関連付けて指定する必要があったため、設定が煩雑であり、常に格子破綻の懸念がありました。CONVERGEではそのような関連付けの考慮が不要であり、設定が極めて単純化されます。

2.境界形状の正確な模擬、の意味が理解できません。

2.従来ソフトでは、非構造格子であれ、境界カットセルであれ、境界形状をデフォルメすることが一般的でした。すなわち、初期に体積格子を配置する際、解析系の境界面は、隣接セルの大きさの単一平面で模擬していました（シングルカット）。すなわち、初期体積格子の大きさに依存して表面形状がデフォルメされていました。また、体積格子を張りなおすと表面形状が変わるため、流体空間の体積が微妙に変化します。これは筒内解析では致命的であり、体積格子の張りなおしにより圧縮比が変化することになります。以上が従来ソフトでの手法と欠点です。
CONVERGEでは表面形状をSTL（多数の三角形）で指定します。ユーザーが指定したSTLが表面形状の定義となりますが、CONVERGEでは初期体積格子の大きさやAMR（メッシュアダプション）に依存せず、表面形状をSTLそのもので常に与えます。これが「境界形状の正確な模擬」の意味です。体積格子形状は、内部では立方体ですが、境界部カットセルでは多面体となります。

3.CONVERGEでの境界形状データ入力書式は、IGESに対応していますか？

3.現行バージョンでは、STLのみに対応しており、IGES形式での入力は出来ません。

4.初期条件として、化学種濃度はどのように指定しますか？

4.化学種質量分率として指定します。筒内燃焼室、吸気ポート、排気ポートで異なる値を与えることが一般的です。

5.流入境界条件の化学種濃度を、時間依存で指定できますか？

5.指定可能です。温度や圧力、速度なども時間依存で指定できます。

米国におけるガソリン＆ディーゼルエンジン開発におけるCONVERGEの適用事例

6.CONVERGEはKIVAをベースに改良、カスタマイズしたのですか？

6.CONVERGEは全く新規に開発、コーディングしたものであり、KIVAとは無関係です。ただし、KIVAを用いてのコンサルティングの経験を反映しており、非構造格子を用いた筒内解析CFDソフトの技術的欠点を抜本的に解決しています。

7.ディーゼルエンジンの検証事例の発表がありましたが、検証に際しての特徴が何かありますか？

7.全てのケースで噴霧などのモデル定数を固定していることです。すなわち、ケース毎にチューニングを行っていません。以前、同じケースをKIVAで解析した経験がありますが、その際にはケース毎にチューニングを行いました。それでも、測定結果と解析結果の一致は不十分でした。CONVERGEではチューニングなしで測定結果との一致が良好であり、「数値予測」としての意義があります。

8.新型のScuderiエンジンの解析事例がありますが、エンジンの機構が分かりません。

8.左右二つのシリンダが一対となっており、片方が圧縮専用、もう片方が燃焼専用のシリンダとなっています。筒内燃焼では流動と乱流の影響が大きいため、圧縮シリンダから燃焼シリンダへの流れを正確に模擬することが重要です。CONVERGEではバルブ周りのメッシュ解像度の確保に優れており、開発ツールとして有用です。

9.北米でのエンジンメーカーのユーザー名を教えて下さい。

9.キャタピラーとGMはCONVERGEのユーザーです。それ以外は機密のため、公表できません。ユーザー数としては、USの約20社のエンジンメーカーのうち、13社でCONVERGEを使用中であり、他のメーカーでもベンチマーク当の商談が推進中です。

CONVERGEの噴霧・燃焼解析機能と開発ロードマップ

10.噴射ノズル内でのキャビテーションを解析できますか？

10.現状のV1.3では解析できませんが、将来的には解析可能です。次期V1.4で混相流モデルのVOFを搭載する予定であり、その後にVOFをベースとしたキャビテーションモデルを開発する予定です。

11.ガソリンエンジンの燃焼解析の計算時間を教えて下さい。

11.解析条件や格子数に依存しますが、典型的には、32コア並列計算で、２日以内です。

12.スプレーモデルの噴射プロファイル（燃料噴射流量の時間依存）の入力法を教えて下さい。

12.時間と噴出速度（あるいは質量流量）の数表を与えます。液体密度は一定と仮定しているので、速度と質量流量は比例します。また、全流量は別途指定するので、指定プロファイルの分布に意味があり、絶対値は無視されます。このため、速度あるいは質量流量のいずれか片方で与えます。

13.開発中のMulti-Zone Detailed Chemistry Solverとは何ですか？

13.CONVERGEの燃焼モデルとして、簡易モデルと詳細計算機能があります。詳細計算機能は、気相反応を素反応で解くものであり、CHEMKIN書式での素反応機構データベースの指定と、化学反応計算スティフソルバで構成されます。CONVERGEではSAGEと呼ばれる化学反応スティフソルバ（機能はCHEMKINと類似）を用いています。一般の素反応計算と同様、SAGEでも多数の化学種と多数の反応式の計算を扱うため、計算負荷は高くなります。このSAGEによる計算時間を短縮するのがMulti-Zone Detailed Chemistry Solverです。通常は、全流体セル（例えば30万）で各々素反応計算を行いますが、当量比と温度に着目して類似環境の流体セルをまとめて計算するため、素反応の計算量が飛躍的に少なくなります。

大規模CFD解析の並列可視化のためのParallel-FieldViewとFieldView 12.3(最新バージョン）
によるエンジンCFD設計自動評価機能

14.FIeldView Parallel版の動作環境について教えてください。

14.LinuxとWindwosに対応しています。対応OSの詳細については、次の弊社ホームページをご覧ください。
/seihin/fieldview/kado.html

15.FIeldView Parallel版はどの程度速くなるのですか？

15.約8コア（プロセス）の並列化で1コアの5倍のパフォーマンスが出ております。

16.これまでParallel版のFieldViewで行った最大規模のメッシュサイズはどのくらいですか？

16.(独)宇宙航空研究開発機構 JAXA様のスパコンを使った並列処理で、12億9千万メッシュのデータの可視化を行ないました。この時は、データの読み込みに約112秒、全メッシュを再計算する「等値面表示」で計算開始から画面表示まで約120秒といった結果を得ております。　データ読み込み速度は、システムのハードウェアとしての上限値に近く、FieldViewがハードウェアの性能を余す所なく使い切ることを示しています。

17.エンジンICDレポーターは並列処理に対応していますか？

17.皆様にご覧頂いたサンプルプログラムは並列処理に対応しておりません。ただし、エンジンICDレポーターはカスタマイズを前提とした製品です。ご導入の際はお客様ごとの必要条件などをしっかり把握させていただき、カスタマイズ後のご導入となります。この際、並列処理につきましても対応させていただきます。（並列版の場合、読み込み可能なファイル形式はPLOT3DもしくはFV－UNS形式のみとなります）

18.今後のFieldViewのロードマップについて教えてください

18.この年末にかけて、メジャーバージョンアップを予定しております。新たにリリースされるバージョンは、FieldViewバージョン13となります。このバージョンでは、内部処理の徹底した見直し等により、処理速度の劇的な向上を図っており、お客様にさらに快適な可視化環境をご提供できる見込みです。

SCULPTOR V2.3とCONVERGEによる吸排気管や燃焼室形状の最適設計の効率化

19.SCULPTORはなぜ高速にモーフィングできるのですか。アルゴリズムがどのように優れているのでしょうか？

19.具体的なアルゴリズムを申し上げることはできませんが、ASDボリュームの領域に含まれる格子節点変位の補間計算に工夫を施しているものと御考え下さい。

20.CONVERGEの形状データをモーフィングできることはわかりましたが、メッシュの体積ボリュームをモーフィングするわけではないのですか？

20.SCULPTORでCONVERGEデータを扱う場合は、形状データ（surface.dat）を入出力し、体積格子は扱い扱いません。これは、CONVERGEの自動メッシュ生成機能が、完全自動で行われ人手によるメッシュ生成作業は不要であること、さらにはASRによる火炎面や乱れ強さに応じて粗密コントロールできること、といったCONVERGEの特長を活かすことにもつながります。人手を要する工数は形状モーフィングで十分効率化可能です。

21.STAR-CD 3.26を現在使用していますが、対応可能ですか。またどの形式のデータを取り扱いますか？

21.vrtファイル（格子節点座標）、celファイル（セル要素データ）、bndファイル（境界条件）の３つのファイルの組み合わせによりSCULPTORへのインポートが可能です。

22.拘束する領域と変形させる領域の切り分けは、どのような設定で行われるのですか？

22.ASDボリュームのコントロールポイントの配置により、変形する領域と変形しない領域の切り分けをコントロールします。それ以外にも、固定する領域を境界面ごとに設定する機能もございます。