【書籍】流体解析ソフトウェア Advance/FrontFlow/redの使い方-アドバンスソフトシュミレーションシリーズ［４］

本書は、アドバンスソフト株式会社で改良・開発・販売を行っている流体解析ソフトウェアAdvance/FrontFlow/redの理論的背景と使い方などについて詳しく解説したものです。

なお、現在は理論や使い方に関するオンラインマニュアルをユーザーの皆様へ公開しております。

目次

第1章 はじめに

第2章 開発の経緯（戦略的基盤ソフトウェア開発プロジェクト）

第3章 流体解析ソフトウェア Advance/FrontFlow/redの概要

3.1 Advance/FrontFlow/redの特長
3.2 LESによる高精度乱流解析
3.3 並列化による大規模解析
3.4 高速性
3.5 高いコストパフォーマンス
3.6 開発者による技術サポート
3.7 多様な解析対象と機能の拡張性
3.8 Advance/FrontFlow/redに対応したプリポストプロセッサAdvance/REVOCAP

第4章 理論的背景

4.1 基礎方程式
4.1.1 質量保存方程式
4.1.2 運動量保存方程式
4.1.3 化学種の質量保存方程式
4.1.4 エネルギー保存方程式
4.1.5 RANSモデル
4.1.6 モデル
　(1) レイノルズ応力 のモデル
　(2) モデルの基礎方程式
4.1.7 /SSTモデル
　(1) レイノルズ応力 のモデル
　(2) /SSTモデルの基礎方程式
4.1.8 ラージ・エディ・シミュレーション
　(1) 標準Smagorinskyモデル
　(2) Dynamic SGSモデル
4.1.9 多孔質
　(1) べき乗則
　(2) ダルシー則+べき乗則
4.1.10 輻射
　(1) 概要
　(2) 輻射の基礎方程式
　(3) モンテカルロ法
　(4) ゾーン法
　(5) 有限体積法
　(6) 輻射モデルの適用方法
　(7) 実在ガスモデル
4.1.11 燃焼
　(1) はじめに
　(2) 基礎方程式
　(3) 燃焼モデルの選定方法
4.1.12 表面反応
　(1) 概要
　(2) 物理状態の表現
　(3) ガスフェーズにおける反応モデル
　(4) サーフィスフェーズにおける反応モデル
4.1.13 キャビテーション
4.1.14 自由表面
　(1) VOF法の基礎方程式
　(2) 自由表面を正確に捕える手法
4.1.15 粒子追跡法
　(1) 粒子の運動方程式
　(2) 粒径分布
　(3) 液滴蒸発モデル
　(4) 微粉炭燃焼モデル
4.1.16 流体音
4.2 物性値
4.2.1 圧縮性の取り扱い
　(1) 状態方程式
　(2) 低マッハ数近似
　(3) 実在ガス
4.2.2 比熱とエンタルピー
4.2.3 簡略化輸送係数モデル
4.2.4 Sutherland公式による粘性係数
4.2.5 熱伝導率および拡散係数
4.3 境界条件
4.3.1 境界条件
4.3.2 壁法則
4.3.3 メッシュサイズ
　(1) モデルの場合
　(2) ラージ・エディ・シミュレーションの場合
4.3.4 速度の壁法則
4.3.5 質量と温度の壁法則
4.3.6 標準 モデルの壁法則
4.3.7 モデルの壁法則
4.3.8 Enhanced wall treatment (EWT)
　(1) のブレンド
　(2) のブレンド
　(3) 乱流渦粘性のブレンド
　(4) のブレンド
4.3.9 速度の境界条件
　(1) 入口の流入条件
　(2) 出口の流出条件
　(3) 対称面と壁面のFree-Slip条件
　(4) 壁面のNo-Slip条件
4.3.10 温度の境界条件
　(1) 入口の流入条件と壁面の温度固定条件
　(2) 出口の流出条件と壁面の断熱条件
　(3) 壁面の熱流束固定条件
4.3.11 化学種の境界条件
　(1) 入口の流入条件と壁面の質量分率固定条件
　(2) 出口の流出条件と壁面の法線勾配ゼロの条件
　(3) 壁面の質量湧き出し/吸い込み条件
4.4 数値解法
4.4.1 メッシュと変数配置による高精度化
　(1) セル中心法
　(2) 節点中心法
4.4.2 コントロールボリュームの築造
　(1) サブサブフェース（SSF）の構成
　(2) コントロールボリューム界面(SF)の構成
4.4.3 エッジベース (Edge-Base)
4.4.4 CONNECTIVITY
4.4.5 メトリクスの計算
　(1) コントロールボリューム界面（SF）面積
　(2) コントロールボリューム界面(SF)重心
　(3) コントロールボリュームの体積
　(4) コントロールボリュームの重心
4.4.6 一般変数の輸送方程式の積分式
4.4.7 コントロールボリューム界面（SF）上の勾配
4.4.8 対流項の高精度化
　(1) 1次風上差分
　(2) 2次中心差分
　(3) TVD 2次風上差分
　(4) TVD 3次風上差分
4.4.9 勾配および拡散項の高精度化
4.4.10 時間積分の高精度化
4.4.11 SIMPLE法による定常計算
4.4.12 AMGソルバー
4.4.13 スライディング格子
　(1) はじめに
　(2) スライディング面での処理方法
　(3) 並列処理
　(4) 回転角柱周りの圧力脈動解析の事例

第5章 必要なハードウェアとソフトウェア

第6章 ソフトウェアの構造

第7章 インストール

7.1 インストール方法
7.1.1 CD-ROMのマウント
7.1.2 mpichのインストール
7.1.3 Advance/FrontFlow/redのインストール
　(1) 準備
　(2) インストール
7.1.4 環境設定
　(1) Advance/FrontFlow/redの環境設定
　(2) ライセンスファイルの取得
　(3) ライセンスサーバの起動
　(4) ライセンスサーバの自動起動設定
　(5) ライセンスサーバの状態確認
　(6) ライセンスサーバの終了
7.1.5 各ユーザーの環境設定
　(1) Advance/FrontFlow/redの環境設定
　(2) MPI設定
　(3) MPICH2 またはMPICH2ベースのMPIの場合
　(4) ログイン設定
7.2 動作確認
7.2.1 並列処理をしない場合
　(1) サンプル例題のディレクトリへ移動
　(2) fflow.ctlファイルの編集と計算ステップ数の調整
　(3) 前処理の実行
　(4) メインソルバーの実行
　(5) 後処理の実行
7.2.2 並列処理を行う場合
　(1) サンプル例題のディレクトリへ移動
　(2) fflow.ctlファイルの編集
　(3) 作業ディレクトリの作成
　(4) 前処理の実行
　(5) メインソルバーの実行
　(6) 後処理の実行
7.2.3 MPIがmpichなどのとき，任意の計算ノードを起点とした並列処理
　(1) machine ファイの作成・編集と，使用するノードの指定
　(2) fflow.ctlの編集
　(3) 並列処理によるメインソルバーの実行
7.3 ラッパースクリプト
7.3.1 インストール
7.3.2 環境設定
　(1) PREFFLOWの使用法
　(2) FFR2VIZの使用法

第8章 実行方法

8.1 解析機能
8.2 解析の流れ
8.3 計算準備
8.3.1 格子データファイルの作成
8.3.2 計算制御ファイル (fflow.ctl) の作成
　(1) ADAPのプリ画面で計算制御ファイルを作成する方法
　(2) テキストエディタで計算制御ファイルを作成する方法
　(3) 物性値について(fluid変数群, species変数群, solid変数群)
　(4) 入出力ファイルの設定（files変数群）
　(5) 解析条件の設定
　(6) 解析方法（圧縮性, 乱流, 温度）の設定（model変数群）
　(7) 計算格子サイズの設定（sizes変数群）
　(8) 計算開始, 終了/定常・非定常の設定（time変数群）
　(9) SIMPLE法（simple変数群）の設定
　(10) 時間刻みの設定（deltat変数群）
　(11) 化学種の設定（sizes変数群, species変数群）
　(12) 流体物性/移流スキームの設定（fluid変数群）
　(13) 時間積分法の設定（flags変数群）
　(14) プロセッサ数の設定（hpc変数群）
　(15) 出力形式（結果ファイル）の設定（output変数群）
　(16) 境界条件の設定方法（boundary変数群）
　(17) 初期条件（initial変数群）の設定
8.4 前処理
8.4.1 1プロセッサによる計算の前処理
　(1) UNIX, Linux, cygwin使用の場合
　(2) Windows使用の場合
　(3) ADAPとWindows使用の場合
8.4.2 並列計算の前処理
8.4.3 前処理時のエラー対策
　(1) 節点数の設定エラー
　(2) 要素数の設定エラー
　(3) 内部配列サイズの不足エラー
　(4) 境界条件の設定エラー
8.5 メインソルバー実行
8.5.1 1プロセッサによる計算
　(1) UNIX, Linux, cygwin使用の場合
　(2) Windows使用の場合
　(3) ADAPとWindows使用の場合
　(4) リスタート計算する方法
　(5) 計算途中の終了方法
　(6) プログラム暴走時の強制終了方法
8.5.2 並列計算
　(1) UNIX, Linux, cygwin使用の場合
　(2) Windows使用の場合
　(3) リスタートファイルを使用し計算する方法
8.6 後処理（可視化処理）
8.6.1 通常データの可視化
　(1) FieldView形式への変換
　(2) AVS形式への変換
8.6.2 粒子追跡データの可視化
8.6.3 アニメーション作成
　(1) FieldView形式への変換
　(2) AVS形式への変換
8.7 計算制御ファイル詳細設定
8.7.1 流れ制御機能
　(1) 乱流モデル（RANS編）
　(2) モデル
　(3) モデル, SSTモデル
　(4) 乱流モデル（LES編）
　(5) 重力・浮力
　(6) 1次元, 2次元計算
　(7) 多孔質
　(8) 輻射
　(9) 実在ガスモデル
　(10) キャビテーション
　(11) 自由表面
8.7.2 解析別設定方法
　(1) 火災の解析（燃焼モデルは総括反応モデルを使用）
　(2) 表面反応の解析
　(3) 粒子追跡法を用いた解析
　(4) 流体音解析
　(5) 流体力解析
　(6) 固体の熱伝導解析
8.7.3 ユーザー特別設定機能
　(1) ユーザー定義サブルーチン
　(2) 境界条件の時間変化
　(3) マトリックスソルバの制御
　(4) 緩和係数の使用
　(5) 化学反応計算の制御
　(6) 化学反応計算（Flameletモデル）の制御
　(7) ファイルによる初期値入力
8.7.4 格子機能
　(1) スライディング（回転）格子機能
　(2) （並進）移動格子機能
　(3) 厚みのない壁機能
8.7.5 解析機能
　(1) 特定位置における時系列データの出力機能
　(2) 統計量の出力機能
　(3) アニメーションの作成
　(4) モニター機能

第9章 チュートリアル

9.1 解析概要
9.2 解析条件
9.3 解析準備
9.3.1 格子ファイルの作成方法
9.3.2 計算制御ファイルの作成方法
9.3.3 境界条件
9.3.4 制御ファイルの転送
9.4 前処理
9.5 計算実行
9.6 後処理（可視化処理）
9.7 計算結果

第10章 トラブルと対処策

10.1 全般的なトラブル
10.2 プリプロセッサprefflowに関してのトラブル
10.3 メインソルバーに関してのトラブル
10.4 エラーメッセージと対策集

第11章 FAQ

参考文献