この記事では、シミュレーション内でいつ、どこで発散が発生するかを表示するSimScaleの機能を紹介します。
アプローチ
数値流体力学(CFD)シミュレーションは、非常に反復性の高いプロセスです。正常に実行されれば、結果は最終的に安定した解に収束します。しかし、いくつかの理由により、解が発散することもあります。このような場合、領域内のパラメータが非物理的なレベルに達する可能性があります。
シミュレーションの発散を特定し、トラブルシューティングするために、SimScaleには発散モニターが あります。以下のパラメータが追跡されます: 速度、圧力、密度、温度。パラメータが非物理的なレベルに達すると、エラーメッセージとともにシミュレーションが自動的に停止します:
エラーメッセージには、発散したパラメータと、モデル内の正確な位置が表示されます。この情報は重要であり、トラブルシューティングの出発点となります。
トラブルシューティング
発散の原因についてより深く理解するためには、以下の基本的な手順が有効です:
- Result controlのProbe point あるいは Geometry primitives の Point を作成し、エラーメッセージに表示された座標を入力します。そうすることで、発散が発生した場所を3Dモデル上に表示し正確に確認できます。
- 点が境界に近い場合、すべてのBoundary conditions (境界条件)を再チェックし、正しいことを確認します。
- 点が計算領域の内側にある場合、その周りのメッシュを検査します。 メッシュ品質 の可視化機能はこのステップで非常に役立ちます。わずかな品質の悪いセルがあっても、シミュレーションに不安定性が生じ、最終的に発散につながる可能性があります。
- 品質の低いセルがある場合、問題のある領域周辺のCADモデルを確認するようにしてください。非常に小さな面、非常に細かなトポロジー、小さな隙間などを探してください。もしあれば、埋めるなどしてこれらは時にメッシュ品質の低下を引き起こします。
発散の例
手順を説明するために、例を見てみましょう。このケースは、翼周りの外部圧縮性流れシミュレーションです。モニターは、領域内の特定の点における圧力場の発散を報告します:
プローブポイントを作成し、上記の座標を指定することで、発散が翼の先端で始まっていることがわかります:
Mesh quality をクリックすると、ポスト処理環境が開きます。不良セルを見つけるのに非常に便利なフィルタは Iso volume です。品質パラメータを選択し、Min iso valueとMax iso valueを変更することで、不良セルを簡単に見つけることができます:
メッシュには体積比の値が最大で158となるのセルが含まれていますが、この値は高すぎます(推奨値は\( \ll \) 100)。さらに、場所はエラーメッセージで報告されたものと同じです。この場合、主に2つのワークフローが考えられます:
- 問題領域周辺のCADクリーンアップ
- メッシュ設定の改善(例えば、Region refinement の追加適用や、 Gap refinement factor の設定の改善など)