自動車 NITAを吸気マニホールドに応用 Laz Foley（Fluent Inc.），Mel Cahoon（米国バージニア州チェサピーク，Volvo Penta of the Americas）入口圧（Pa）今日，CFDは複雑でかつ時に計算負荷が大きい，様々な非定常流の問題で幅広く利用されています．コンピューターのテクノロジーが格段に進歩している一方，CFDのアルゴリズムも絶えず発展，精密化されているので，非定常計算の効率向上が約束されています． FLUENTの全バージョンでは現在までのところ，分離ソルバーで反復時間前進（ITA）法を利用しています．この場合，運動量方程式と圧力方程式で（ならびに他の式でも），グローバルイタレーションが時間きざみ毎に多数回実行されます．FLUENT 6.2のリリース版には，無反復PISO法［1］および無反復Fractional Step法［2］という，2次の無反復時間前進（NITA）法が新たに2種類用意されています．こ吸気マニホールドのジオメトリれらのNITAアルゴリズムでは，グローバルイタレーションを時間きざみ毎に複数回実行しなくてもよく，代わりにサブイタレーションを個別の方程式で何回も実行することで，2次の空間精度を確保しています．グローバルイタレーションはサブイタレーションよりも時間がかかる（それゆえ負荷の大きい）処理なので，NITAなる新アルゴリズムの計算全体で見れば，完全な反復時間前進アルゴリズムよりもかかるコストが格段に少なくなります．NITAという手法は反復法よりも数倍実行が高速ですが，中でも無反復 Fractional Stepアルゴリズムの方は，無反復PISO法と比較して非定常計算の効率をさらに最大20%まで改善できます．これは，Fractional StepアルゴリズムがSIMPLECなる圧力と速度の連成修正子を用いているからです．本新機能の一例として，NASCARレースでよく見かけるV8の吸気マニホールドでシミュレーションが実施されました．マニホールドには入口が1カ所，出口が8カ所あり，入口にはキャブレターが取り付けられており，出口はエンジン筒の吸気羽根車です．メッシュは155,000セルで，入口と8カ所の出口のすべてで境界条件が非定常テーブルにて指定されています．非定常テーブルのデータは質量流 V8吸気マニホ−ルドの静圧分布をFLUENT 6.1（左，反復アルゴリズム）お束と温度の値からなり，1次元エンジンサイクルのシミュよびFLUENT 6.2（右，無反復PISOアルゴリズム）で比較レーションから取得したものです． FLUENTの結果からは，マニホールドの流れ場が持つ性質について，羽根車で生じる全圧力低下や流れの分岐箇 101200 所を始めとして，貴重な知見が得られました．さらに，反 101100 復ソルバーと無反復ソルバーで予測値の類似性も指摘されました．静圧分布図を見ると，反復（FLUENT 6.1）法およ 101000 び無反復PISO （FLUENT 6.2）法で予測される流れ場には軽 100900 微な差（20Pa程度）しかなく，後者の手法の方が前者より 100800 も4倍高速でした．こうした結果は，数値精度をわずかに 100700 妥協すれば，非定常計算の効率が驚くほど向上できること 100600 を物語っています． FLUENT 6.1（ITA-PISO） 100500 references: 30 1 R.I. Issa, “Solution of the Implicitly Discretized Fluid Flow Equations by Operator-Splitting,” Journal of Computational Physics 62, p. 40-65, 1985. 2 J.B. Perot, “An Analysis of the Fractional-Step Method,” Journal of Computational Physics 108, p. 51-58, 1993. Fluent NEWS fall 2004 100400 -180 FLUENT 6.2（NITA-PISO） -90 0 90 180 270 クランク角（atdc） 360 450 540 吸気マニホ−ルド入口における平均静圧対クランク角．ITA-PISOとNITAPISOでアルゴリズムどうしがよく一致している．