PWCシミュレーションはなぜ失敗するのか？

エラー

The simulation failed with a numerical error. Changing the settings of the simulation (flow domain, meshing, geometry) might resolve the problem. In case of doubt, please ask for assistance via our support chat.

シミュレーションが数値エラーで失敗しました。シミュレーションの設定(流域、メッシュ、ジオメトリ)を変更することで問題が解決する可能性があります。ご不明な点がございましたら、サポートチャットまでお問い合わせください。

何が起こりましたか？

Pedestrian Wind Comfort (歩行者の風快適性)解析では、多くの場合、複数の風向に対してシミュレーションを行います。PWCシミュレーションが失敗した場合、まずシミュレーション実行の下にある イベントログを 確認してください。エラーメッセージでは、成功した個々の実行が緑色で強調表示され、失敗した個々の実行が赤色で強調表示されています。これは、特定の風向に対してシミュレーションが失敗したことを意味します。これは一般的な数値エラーで、いくつかの原因が考えられます。

図1: 複数のメッセージを表示したRun結果パネル。

PWCシミュレーションが失敗する原因として何が考えられますか？

通常、PWCシミュレーションが失敗する原因は、地形の下に空気が漏れるなどの非物理的な流れの挙動にあります。CADモデルと流れ場が非物理的な流れの主な原因です。通常、このような現象が起こります:

• 風洞サイズが地形境界よりも大きいか等しい場合。
• 地形が水密でない場合。この場合、メッシュのセルサイズが穴(地形上の開口部を意味する)よりも小さい場合。
• 穴や開口部が特定の風向きに向いている場合。

今できることは？

次のセクションでは、PWCシミュレーションが失敗するいくつかの可能性のある理由と、その修正方法を説明します。

1. Region of Interest (関心領域)

流体領域は仮想風洞内に生成されます。デフォルトの Moderate (中程度)とLarge (大型)の風洞サイズは、Disc radius (円盤半径)を基準に計算されます。風洞が地形境界よりも大きい場合、上流側の流れは地形境界(地形に厚みがある場合)にぶつかるか、地形の上下に分離します。これはPWCシミュレーションの失敗の原因となります。地形境界が仮想風洞を完全に覆っているかどうかを確認してください:

1. まず、右側のフレームにある Flow Domainを可視化します。ピンクのボックスと緑のディスクが見えます。ピンクのボックスは仮想風洞を表します。典型的なPWC シミュレーションでは、複数の風向をシミュレーションします。緑色の円盤は、他の風向きのシミュレーションの際に風洞がカバーする円周の領域を表しています。緑色の円盤が地形の境界線に完全に入るようにしてください。
2. 次に、Region of Interest (関心領域)の設定を変更し、位置やサイズを変更することができます。前述のように、 円盤半径は デフォルトの風洞サイズを変更します。
3. さらに、 適度な風洞サイズが地形に対して大きすぎる場合は、 Custom (カスタム)を選択して手動でコントロールすることができます。

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図 2: Region of Interest (関心領域)の設定では、座標を設定し、風洞を可視化し、風洞のサイズを設定することができます。

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2. エラーの位置を特定

イベントログで エラーメッセージを確認します。メッセージには、シミュレーションが失敗した点の方向(この例では225.0度)と位置(71.93\(m\), -79.17\(m\), -0.8594\(m\) )の座標が表示されます。

図3: エラーの種類とエラーが発生した座標を示すエラーメッセージ。

ジオメトリプリミティブのLocal sphere (球)を使用して座標をマークすることができます。これにより、シミュレーションが失敗した場所を視覚化することができます。

図4: 球形ジオメトリプリミティブを作成することで、エラーのおおよその位置を視覚化することができます。エラーメッセージから座標を記録したと仮定します。

これは、その点がCADエラーの場所を示すことを意味するわけではありませんが、多くの場合、どこか近い場所にあるはずです。

図5: 作成された球体は、CADモデル上のエラーのおおよその位置をハイライトします。

3. 成功した計算のAdditionla resultsのチェック

まず、失敗した風向(例えば225度)を選択します。次に、成功した風向をチェックし、失敗した風向に最も近い風向(135度)を選択します。結論として、成功した計算の結果を調査することで、問題のある領域に関するヒントが得られます。

1. まず、失敗した計算を選択します。
2. 次に、Directions (方向) ツリーを展開します。
3. 次に、シミュレーションに成功した風向を選択します。
4. その後、 Additional results (追加結果) ツリーを展開します。
5. 最後に、 Averaged solutionを選択して結果を表示します。

図6: シミュレーションに成功した風向の追加結果を調べると、流れ場のヒントが得られ、数値的な問題を見つけるのに役立ちます。

Particle traces を生成し、それを追跡してモデル欠陥を見つけることができます。そのためには、 Cartesian Box (直方体)を定義し、 Additional Result Export セクションで使用する必要があります。この設定方法については、以下の記事をご覧ください:

PWC解析で流跡線とスライスを生成するには？

Additional results > Averaged solution セクションで、特定の風向からの結果を確認します。Particle tracesはモデル欠陥の特定に役立ちます:

図7: Particle tracesを可視化を使用すると、CADモデル欠陥(穴/開口部)を見つけるのに役立ちます。

また、速度ベクトルおよび圧力スカラーと組み合わせて切断面を使用することもできます。通常、モデル欠陥の周囲には高い圧力勾配があるはずです。

図8: 切断平面とベクトル可視化を使用すると、モデル内の穴や開口部を見つけることができます。