この記事では、SimScaleでファン曲線を実装する手順について説明します。
ファンは、流体の流れを発生させるために使用される機械です。流量が増加すると、システム内の圧力損失も増加し、ファンの性能に影響します。ファンメーカーは、静圧、消費電力、速度、流量あたりの効率値の関係を記述したファン曲線を提供しています。この情報は冷却目的には非常に重要であるため、可能な限りファン曲線をモデル化する必要があります。
アプローチ
SimScaleプラットフォームでは、シミュレーションにファン曲線を実装するために2つの方法が使用されます。流体領域外にある外部ファンをシミュレーションするには、ファン曲線を境界条件として割り当てます。これは吸気ファンの入口として、または抽気ファンの出口として行うことができます。ファンが流体領域内にあり境界条件を使用できない場合は、ファンによって生じる圧力差を流れ場に誘導するために、代表的な体積に運動量源を割り当てることができます。
1. 解析タイプ
ファン境界条件およびファン運動量源の高度な概念は、以下の解析タイプに割り当てることができます:
- Incompressible (非圧縮性)
- Compressible (圧縮性)
- Convective Heat Transfer (対流熱伝達)
- Conjugate Heat Transfer v2.0 (共役熱伝達 v2.0)
- Conjugate Heat Transfer IBM (共役熱伝達 IBM)
2. 外部ファンの境界条件
ファンが流体領域に取り付けられている場合、ファン曲線を境界条件として定義することができます。これは、Fan inlet (流体領域に空気を吸引する)、またはFan outlet (流体領域から空気を放出する)を作成することができます。ファン境界条件を作成するには、以下の手順に従ってください。
- Boundary conditions (境界条件)の隣にある+ボタンを押して、Fan (ファン)境界条件を作成します。
- 次の図に従って値を定義します:
- Fan type (ファンタイプ): Inlet (流入口)またはOutlet (流出口) 。ファンの流れ方向を割り当てます。流体領域への流入には Inlet (流入口)、流体領域からの流出には Outlet (流出口)を使用します。
- \( (P_{Fan}) \) Fan pressure (ファン圧力): ファン曲線を設定するか、.csvファイルをアップロードします。ファン圧力は合計圧力値に基づいていることに注意してください。
- \( (P_{t}) \) Ambient total pressure (周囲合計圧力): 環境の周囲圧力を割り当てます。
- Temperature type (温度タイプ): Inlet (流入口)。 伝熱解析で定義する場合、入口温度は入口流に対して設定する必要があります。
- Assigned faces (割り当てられた面): 境界条件を適用するすべての面を割り当てます。各面は個別のファンとして扱われます。
3. 内部ファン運動量ソース
ファンが流体領域内にある場合、ファンによって生成される圧力差を流れ場に誘導するためにファン運動量ソースを使用することができます。このためには、代表的なファン体積にメッシュを割り当てるために別のジオメトリを作成する必要があります。この割り当てに使用する体積は、ジオメトリプリミティブ または CADモード で直接生成することができます。ファン運動量ソースを作成するには、以下の手順に従ってください:
- Advanced ConceptsのMomentum Sources (運動量ソース)の隣にある + ボタンを押して、 Fan Model (ファンモデル)境界条件を作成します。
- 図4に従って値を定義します:
- ファンの方向: ファンの方向を指定するベクトルを作成します。
- \( (P_{Fan}) \) ファン圧力 : ファン曲線を設定するかファイルをアップロードします。 ファン圧力は合計圧力値に基づいていることに注意してください。
- 割り当てられた体積: ファン形状を表すボリュームを割り当てます。
| ファンモデルのボリューム |
| 筐体でファンを正確に表現するために、ファンの体積は円筒にファンブレードのみを含むようにすることをお勧めします。 |
4. ファン曲線
SimScaleプラットフォームでは、Volumetric flow rate (体積流量)とFan pressure (ファン圧力)をテーブルに入力するか、この情報を含む.csvファイルをアップロードすることでファン曲線を作成できます。
- 体積流量とファン圧力の割り当てをデータセットの対応する行に設定します。
- ファン曲線リストにカスタム値を入力します。
- Apply を選択してファン曲線を保存するか、 Cancel を選択して変更を中止します。
- .csvをアップロードするか、.csvを濃いグレーの領域にドラッグ＆ドロップします。生成された表を.csvファイルとしてダウンロードするには、Blowse Filesセクションの隣にあるダウンロードアイコンをクリックします。
- Advanced settingsを展開して、ファン圧力の単位形式を変更します。
| .csvファイルの交換 |
| 新しい.csvファイルをアップロードすると、生成されたすべてのデータが自動的に置き換えられます。現在のファン曲線に対するすべての変更がダウンロードした.csvファイルに保存されていることを確認し、プラッ トフォームに再度アップロードしてください。 |
図6に.csvファイルの構造例を示します:
必ず2つの列を設けてください: 一つは体積流量、もう一つはファン圧力です。流量と圧力のヘッダーと正しい単位を対応する列に割り当てます。上の図では、A列が流量、B列がファン圧力です。
期待される結果
次の図は、SimScaleでファン曲線を実装する異なる方法について、電子機器筐体に適用されるファン圧力の異なる効果を示しています。
図7は、 ファン流入口の状況について、流体領域を切断した平面上の流れ方向と速度分布を示します:
図8は、流体領域を切断した平面上の流れ方向と速度分布(ファン流出口)。
図9は、 Fan momentum source (ファン動力源)モデルにおける流体領域を切断した平面上の流れ方向と速度分布を示しています。
5. 参照プロジェクト
すべての異なる実装を示す参照プロジェクトを以下にリンクします:
Custom (カスタム)境界条件
定義済みの境界条件に加えて、SimScaleではCustom (カスタム)境界条件を作成するオプションも提供しています。Custom (カスタム)境界条件を作成するには、以下の手順に従ってください。
- Boundary conditions (境界条件)の右にある +ボタンを押してCustom (カスタム)境界条件を作成します。
- Custom (カスタム)を選択します。
- 次の図に従って値を定義します:
- Velocity type (速度タイプ): Pressure inlet-outlet velocity (圧力吸入出口速度) 。これはファン境界条件上の速度が圧力差に依存することを意味します。流入口と流出口の間の圧力差が負の場合、流れはシステムから出ます。
- Pressure type (圧力タイプ): (P<fan>) Fan pressure の設定を使用して、ユーザーはファン曲線をアップロードできます。
- Fan type (ファンタイプ): Inlet (流入口)は吸引ファンであり、流量はシステム内に流入します。Outlet (流出口)は排気ファンで、流量はシステムから排出されます。
- \((P_{Fan})\) Fan pressure (ファン圧力):ファン曲線をアップロードするか、新しいファン曲線を作成します。
- \( (P_{t}) \) Ambient total pressure (周囲全圧): Global settings で Compressible (圧縮性)のトグルがオンの場合、絶対圧を割り当てます。それ以外の場合はゲージ圧を割り当てます。
- Turb.kinetic energy type (タービンの運動エネルギータイプ): Inlet-outlet。 流体が系から出る場合、入口での乱流運動エネルギー値がソルバーによって計算されます。流体が系に入る場合、ユーザー定義の入口値が代わりに考慮されます。
- Specific dissipation rate type (特定の散逸率タイプ): Inlet-outlet。 流体が系から出る場合、入口における比散逸率の値がソルバーによって計算されます。流体がシステムに入る場合、ユーザー定義の入口値が代わりに考慮されます。
- Temperature type (温度タイプ): Inlet-outlet。 流体がシステムから出る場合、入口での温度値がソルバーによって計算されます。流体が系に入る場合、代わりにユーザー定義の入口の値が考慮されます。
| ご存知でしたか？ |
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以下の設定は、選択したグローバル設定(圧縮性、層流、乱流など)によって異なります。
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