流体解析は、流体の動きや挙動を予測するための重要な手法です。本記事では、初心者向けに流体解析の基本用語や使い方を詳しく解説します。

流体解析の基本概念

流体解析とは、流体の流れや挙動を数値的に予測する技術です。流体は気体や液体を含み、さまざまな分野で利用されています。流体解析は、航空宇宙、自動車、化学工業、環境工学など多岐にわたる分野で重要な役割を果たしています。

流体解析の重要性

流体解析の重要性は、設計や開発プロセスにおいて流体の挙動を理解することで、より効率的で安全な製品を作ることができる点にあります。例えば、航空機の翼の形状を最適化することで、燃費の向上や性能の向上が期待できます。

流体解析の基本用語

流体解析を理解するためには、いくつかの基本用語を押さえておく必要があります。

流体

流体とは、気体や液体のことを指します。流体は、外部からの力を受けると形を変える特性があります。

流れ

流れは、流体が移動する様子を指します。流れには、層流と乱流の2種類があります。層流は、流体が平行な層を作りながら滑らかに流れる状態で、乱流は不規則で混沌とした流れのことです。

ナビエ-ストークス方程式

ナビエ-ストークス方程式は、流体の運動を記述する基本的な方程式です。この方程式を用いることで、流体の速度や圧力の分布を計算することができます。

流体解析の手法

流体解析には、主に数値解析と実験的手法の2つがあります。

数値解析

数値解析は、コンピュータを用いて流体の挙動をシミュレーションする方法です。CFD（Computational Fluid Dynamics）と呼ばれる技術が広く用いられています。CFDでは、流体の運動を数値的に解くことで、流れのパターンや圧力分布を予測します。

実験的手法

実験的手法は、実際に流体を用いて実験を行い、その結果をもとに流体の挙動を理解する方法です。風洞実験や水槽実験が一般的です。これにより、理論的な予測と実際の挙動を比較することができます。

流体解析のプロセス

流体解析は、以下のステップで進められます。

問題の定義

まず、解析したい流体の問題を明確に定義します。例えば、特定の形状の物体周りの流れを解析したい場合、その物体の形状や流体の特性を考慮します。

モデルの構築

次に、解析対象のモデルを構築します。CADソフトウェアを用いて、対象物の3Dモデルを作成します。

メッシュ生成

モデルが完成したら、流体解析を行うためのメッシュを生成します。メッシュとは、モデルを小さな要素に分割したもので、流体の挙動を計算するために必要です。

境界条件の設定

流体解析では、境界条件を設定することが重要です。これにより、流体の流入や流出の条件を指定します。例えば、流体の速度や圧力を設定することが一般的です。

シミュレーションの実行

メッシュと境界条件