メッシュの細分化(Refinement)はいつ使用するか？

必要な幾何学的ディテールをすべてキャプチャするために、メッシュの細分化（リファインメント, refinement）を追加することは非常に重要です。また、物理的効果をうまくシミュレーションする必要がある領域は、リファインメントが必要です。これには、流体領域の流入口と流出口が含まれます。

この記事では、メッシュを生成する前に正しいセルサイズを推定する方法について、下図に示すような薄いリブを持つヒートシンクを例に説明します (ただし、このアプローチはあらゆる種類の形状に適用 可能です):

図1: SimScaleでのセルサイズ推定を示す例として使用した薄いリブを持つヒートシンク

アプローチ

ワークベンチのスケール表示や測定機能を使用して、形状の寸法を把握することができます。

図2: SimScale Workbenchを使用して拡大し、ジオメトリの部品サイズの概算を得る方法

図2: SimScale Workbenchを使用してズームインし、ジオメトリの部品サイズの概算を取得する。興味のある部品にズームインして厚さを測定し、セル微細化を定義するのに必要なセル数で割ります。この場合、リブの厚さは 0.002\(m\) です。

ベストプラクティス

ヒートシンクのリブのような薄い部品の場合、少なくとも2～3個のセルに分割することをお勧めします。この場合、六面体メッシュを使用して厚さ方向に7分割しました。

図3: 後述のリブサイズ計算に基づいてヒートシンクのリブに追加された7つの六面体メッシュセル

したがって、リブの厚さである0.002\(m\) を7で割り、セルサイズは約0.00029\(m\) になります。次に、この値を Region refinement の Maximum cell edge length (最大セルエッジ長)として指定し、 Standard メッシャー または Hex-dominantメッシャー のいずれかでリブの部分を囲むように Cartesian box (直方体)のジオメトリプリミティブを追加します。

セルサイズの指定はグローバルメッシュ設定でも行えますが、その場合、特定の領域ではなくCADジオメトリ全体に適用されるため、全体的にメッシュが細かくなります。

生成されるメッシュは構造メッシュである必要はなく(したがってセルの分布やサイズは均一ではなく)、形状の特徴やセル要素のタイプ(四面体、六面体、またはその両方)に大きく依存することに注意する必要があります。

図4: メッシュ細分化設定: Standard vs. Hex-dominant メッシャー。必要なセル数に合うように、計算されたセルサイズに基づいて 最大エッジ長を 設定します。

Gap refinement factor

上述したアプローチは、単純な数学の分割を使用したメッシュセルサイズ制御の論理的な内訳であり、CADモデルのどの部分にも適用できます。

SimScaleの標準メッシャーには、セル分布をある程度制御することで、モデル内の小さなギャップをよりよく捉えるための専用機能も用意されています。例えば、ヒートシンクのフィン間の空気や、ソリッドヒートシンクのフィンそのものなどです。