流体解析に関する初心者向けの完全ガイドです。数値流体力学の基本用語や使い方を丁寧に解説します。

流体解析の基礎知識

流体解析とは、流体（液体や気体）の動きや振る舞いを理解するための方法であり、数値流体力学（CFD）はその解析を数値的に行う手法です。これにより、設計や研究において流体の挙動をシミュレーションし、最適化を図ることが可能になります。

数値流体力学（CFD）とは

数値流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）は、流体の運動を数学的にモデル化し、コンピュータを用いて解析する手法です。CFDは、流体がどのように動くのか、どのように物体に影響を与えるのかを予測するために使われます。CFDの基本的な考え方は、流体の運動方程式を数値的に解くことです。

流体解析の重要性

流体解析は、さまざまな分野で重要な役割を果たしています。例えば、航空宇宙産業では、航空機の設計や風洞実験の代替として使用されます。また、自動車産業では、車両の空力特性の最適化に役立ちます。さらに、環境工学や化学工業でも、流体の挙動を理解することは欠かせません。

基本用語の解説

流体解析において知っておくべき基本的な用語をいくつか紹介します。

流体

流体とは、液体や気体のことを指します。流体は、外部からの力に応じて形を変える性質を持っています。

レイノルズ数

レイノルズ数は、流体の慣性力と粘性力の比を示す無次元数で、流れの状態（層流か乱流か）を判断するのに役立ちます。

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、流体の速度場や圧力場を求めるために使用されます。

流体解析のプロセス

流体解析は、いくつかのステップに分けて行われます。

問題の定義

まず、解析したい問題を明確に定義します。流体の種類、流れの条件、解析の目的などを整理します。

メッシュ生成

次に、解析対象の形状をメッシュと呼ばれる小さな要素に分割します。メッシュの精度は解析結果に大きな影響を与えるため、適切なサイズと形状のメッシュを選ぶことが重要です。

境界条件の設定

流体解析では、流れの条件を設定するために境界条件を定義します。これには、入口の流速、出口の圧力、壁の摩擦などが含まれます。

数値解析の実行

メッシュと境界条件が整ったら、数値解析を実行します。CFDソフトウェアを使用して、ナビエ-ストークス方程式を解くことにより、流体の挙動をシミュレーションします。

結果の解析

解析が完了したら、結果を可視化し、流体の挙動や特性を評価します。これにより、設計の改善点や最適化の方向性を見出すことができます。

流体解析に使用されるソフトウェア

流体解析にはさまざまなCFDソフトウェアが存在します。以下は、代表的なソフトウェアのいくつ