ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
熱・気流設計におけるCFD利用の現状
ノンパラメトリック逆解析による
次世代ＣＦＤの新たな可能性
初期設計
初期設計
開発コスト・期間の削減
－設計目標から設計要因を探し出す－
試作，試験，データ収集
OK ?
大阪大学大学院基礎工学研究科
機能創成専攻非線形力学領域
計算モデルの作成，シミュレーション，可視化
Yes
OK ?
No
No
結果の分析と設計パラメータの修正
桃瀬 一成
結果の分析と設計パラメータの修正
初期設計終了
CFD以前
Yes
初期設計終了
依然人間の作業
現状のCFD
第14回
回NEE研究会講演資料
研究会講演資料
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ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
熱・気流設計におけるCFD利用の現状
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
逆問題的アプローチとは
設計目標：ここの温度を上げたい！
冷却面
加熱面
ターゲット領域
放熱面
加熱面（50℃）
断熱面
ターゲット
外気（20℃）
断熱面
設計目標：ターゲット領域内温度の均一化
設計パラメーターは？ 改善方法は？
初期対流場
2
流れ場の反転
3
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
逆問題的アプローチとは
逆問題的アプローチとは
断熱面
断熱面
温度ゼロ
冷却面
ターゲット
加熱量ゼロ
加熱量ゼロ
加熱面
温度ゼロ
加熱量ゼロ
加熱量ゼロ
冷却面
加熱面
断熱面
ターゲット
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
断熱面
加熱量ゼロ
加熱量ゼロ
最適加熱位置
因果律の反転
初期対流場
因果律を反転した対流場
初期対流場
4
5
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
数学的背景
逆問題的アプローチとは
目的汎関数(設計目標)
Q = 1.0
例：
Ttag = 1.0
制約条件付き目的汎関数
初期温度場
（Q = 1.0, Ttag = 1.0）
左壁加熱量増加
（Q = 1.5, Ttag = 1.34）
制約条件
（熱流体の基礎方程式）
最適位置追加加熱
（Q = 1.5, Ttag = 2.00）
ラグランジュの未定乗数（随伴変数）
6
7
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
数学的背景
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
逆解析に基づくノンパラメトリック感度解析の特徴
目的汎関数の第一変分（設計パラメータの変化に伴う設計目標の変化）
逆解析に基づく感度解析
順解析に基づく感度解析
設計目標を入力とし，因果律を反
転したシミュレーション
経験的な予測や
パラメータスタディ
設計パラメータの
決定時期
感度解析後
感度解析前
感度解析に要する
シミュレーション数
２回（順解析＋逆解析）
設計パラメータの数
（制御量の数×制御点の数）
解析方法
設計目標（F ）を入力とした逆問題
得られる感度
全設計空間内，全設計境界上の
全制御可能量に対する感度
設計パラメータ
依存性
非 依 存
（ノンパラメトリック）
ノンパラメトリック感度
（左記逆問題の数値解）
設計パラメータ定義位置の
定義制御量に対する感度
依 存
（パラメトリック）
8
9
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
ノンパラメトリック感度解析に基づく最適化例 １
ノンパラメトリック逆解析に基づく次世代CFD
初期設計
ノンパラメトリック逆解析
全設計空間内および全境界上の感度表示
自動最適化
設計目標の設定＋計算モデルの作成
シミュレーション（順解析）
OK ?
Yes
ターゲット領域
放熱面
加熱面（50℃）
感度に基づく設計パラメータの修正
No
外気（20℃）
ノンパラメトリック逆解析
設計パラメータの決定
初期設計終了
設計目標：ターゲット領域内温度の均一化（続き）
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ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
ノンパラメトリック感度解析に基づく最適化例 １
加熱面温度に対する感度
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
ノンパラメトリック感度解析に基づく最適化例 １
初期設計における
温度と流速分布
加熱面垂直方向流速に対する感度
加熱面温度最適化後の
温度と流速分布
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ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
ノンパラメトリック感度解析に基づく最適化例 ２
窓
ノンパラメトリック感度解析に基づく最適化例 ２
吹出し口
ターゲット
窓
パーティション
ターゲット
床に垂直方向流速の感度
側壁に垂直方向流速の感度
オフィスの環境最適化問題
（２つのターゲット温度の均一化）
吹出し方向流速の感度
開口部
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ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
ノンパラメトリック感度解析に基づく最適化例 ２
ノンパラメトリック逆解析による次世代ＣＦＤの新たな可能性
－設計目標から設計要因を探し出す－
１回の逆解析で得られる1次感度と２次感度
風量，風向，温度，移動，伸縮
風量，移動，伸縮
熱通過率
窓
壁
24℃
A
開口部
の追加
26℃
外壁
B
机
初期設計における温度分布
開口部追加後の温度分布
机
材質，配分
設計目標例
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移動，伸縮，変形
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