流体解析と有限要素法の基本

流体解析は、流体の動きや振る舞いを理解するための重要な手法です。有限要素法（FEM）は、複雑な問題を解決するために広く使われている数値解析手法の一つです。このガイドでは、流体解析と有限要素法の基本的な概念、用語、そして実際の使い方について詳しく解説します。

流体解析とは
有限要素法（FEM）とは
流体解析の基本用語
流体解析のプロセス
有限要素法の流体解析への適用

流体解析とは

流体解析は、流体の物理的特性や振る舞いを数値的に解析する技術です。流体は、液体や気体を含む物質の一形態であり、その動きや圧力、温度、密度などを解析することが重要です。流体解析は、航空宇宙、自動車、化学工業、環境工学など、さまざまな分野で利用されています。

有限要素法（FEM）とは

有限要素法は、連続体の問題を離散化し、数値的に解くための手法です。具体的には、解析対象を小さな部分（要素）に分割し、それぞれの要素における物理的特性を計算します。これにより、全体の挙動を把握することが可能になります。FEMは流体解析だけでなく、構造解析や熱解析などにも応用されています。

流体解析の基本用語

流体解析を理解するためには、いくつかの基本的な用語を知っておく必要があります。

1. **流速**: 流体の速度を示す指標で、通常はメートル毎秒（m/s）で表されます。
2. **圧力**: 単位面積あたりの力を示す量で、パスカル（Pa）で表されます。
3. **密度**: 単位体積あたりの質量を示し、キログラム毎立方メートル（kg/m³）で表されます。
4. **粘度**: 流体の流れに対する抵抗を示す指標で、動粘度（m²/s）や動的粘度（Pa·s）で表されます。

流体解析のプロセス

流体解析は一般的に以下のステップで行われます。

1. **問題の定義**: 解析の目的や条件を明確にします。
2. **モデルの作成**: 解析対象のジオメトリを作成し、流体の特性を定義します。
3. **メッシュ生成**: モデルを有限要素に分割します。メッシュの品質は解析結果に大きく影響します。
4. **境界条件の設定**: 流体の流入、流出、壁面などの条件を設定します。
5. **解析の実行**: 数値計算を行い、流体の挙動をシミュレーションします。
6. **結果の評価**: シミュレーション結果を可視化し、分析します。