TOSCA-Fluid

TOSCA FluidはFE-DESIGN社により開発された製品です。

Why

製品開発工程の中で市場の成長や高い要求に応えるため、既に多くのCAE技術を使用していることでしょう。エネルギー効率、要求品質、環境面、国際競争といったトピックは、需要の増加につながると同時に、現状を打破して更に上のステップに上がるために必要とされています。前回までの解析結果を考慮し、パラメータ設定に時間をかけることなく自動化された最適化技術を使用し、既存CAE環境のアウトプットを使用して最適化をおこないます。デザイン案の選択肢を大幅に増やし、コストのかかる複数のCFD解析をおこなう代わりに、一つの最適化計算を実行することにより時間と工数を節約します。

TOSCA Fluidによるトポロジー最適化は、製品開発の初期段階で新しい最適な設計案をスピーディーに見つけます。シンプルな入力、少ないモデリング工数、一度のソルバー実行で、広大な解空間の検索がおこなわれます。

What

TOSCA Fluidは主に産業の構想設計段階における内部乱流場に焦点を当てています。また、代替設計案と共に既存設計の最適化工程もサポートしています。

主な最適化目標は圧力損失の低減、ノイズ減少、流れの均一化、その他様々な最適化へのチャレンジとなります。

Pre

慣れ親しんだプリポスト環境でTOSCA Fluidをご使用いただけます。全てのCFDプリポストプロセッサで、TOSCA Fluidがサポートするインプットファイルを作成することが可能です。"すぐに使えるCFD"をテーマに、使いやすい対話形式のグラフィック環境で簡単に最適化の設定をおこなうことが出来ます。

最適化

TOSCA Fluidは標準的なCFDソルバーと統合して使用されます。最適化はCFDソルバー実行中にダイレクトにおこなわれます。TOSCA Fluidは実行時にCFDソルバーに対して内部インターフェースを使用し、CFDソリューションと最適化工程を同時におこないます。そのため、1ケース のCFD計算でトポロジー最適化がおこなわれます。TOSCA Fluidは実際問題を反映した大規模モデルの取り扱いが可能です。

How

TOSCA FluidはCFD最適化のために既存のCAD / CAE設計・シミュレーション環境を使用することができます。新しい最適化設計案に必要となるのは、たった1ケースのCFD計算です。境界条件と設計空間内を設定し、セル単位で最適化をおこないます。TOSCA Fluidは先進の操作性、無限の可能性、他に類を見ない効率性を組み合わせた、ノンパラメトリックトポロジー最適化ツールです。ご使用いただくことにより、全体的な開発費用と工数を削減することができます。

Post

TOSCA Fluidは、可視化と評価に関連した最適化結果のアウトプットを用いて、ネイティブメッシュに基づく結果処理情報を作成します。新しい流路設計の形状案を抽出するには、複数の抽出方法があります。典型的な最適化結果は、メッシュに基づく設計案から出されています。トポロジー最適化の結果は平滑化され、標準的なCADシステムへのインポート、あるいは、次の解析用のメッシュ作成のため、IGES / STLフォーマットに変換されます。

TOSCA Fluidの産業利用
インタークーラーインテークホースの圧力損失最適化 ( Adam Opel 社)

下方に位置するエンジンの主要なレイアウトを決定後、追加のコンポーネントとそれらの構造が設計されます。インタークーラーインテークホースの最初の設計案と比べ、後の最適化はできるだけ低い全圧損失となるように設計されるべきです。追加の制限事項として、新しい設計案は他のコンポーネントとの兼ね合いを考えると、最初の設計案の設計空間を越えることはできません。パラメータベースの従来の最適化技術は、この設計ケースにおいては計算時間、結果処理設定に非常に時間がかかり、全ての設計空間制限事項や解空間内における制限をクリアすることを考えると、限界があります。

TOSCA Fluidは設計者に、与えられた設計空間内で既存の再循環領域や逆流領域を無くし、圧損を低減させる設計案を提供します。新しい設計案は自動的に既存設計ボリュームのマイナーチェンジによって作成されます。設計空間を制限しているため、新しい設計はオリジナルで設定されていた設置空間内に納まります。最適化された設計案により達成された圧損の低減は概算となりますが、このケースにおいては設計のトータル体積空間が3%以下の変更で、圧損は20%低減されました。新しい設計案ではたった1ケースのCFD計算実行により、膨大なパフォーマンス改善が達成されました。

	最適化前のオリジナル設計で確認される流れの剥離、望ましくない消散的な再循環流れ領域
	中央：トポロジー最適化後の新しい設計案 下：効果的に再循環エリアが無くなった最適化設計

熱交換器における分配流れの最適化

エキゾーストガス再循環冷却の設計は大概難しい設計課題となります。流体側からは、最適化設計（熱交換器のようなものに対し）をおこなう際、圧損の低減だけを検討するのではなく、流れの様子も考慮する必要があります。熱交換効率に多大に影響を及ぼす可能性のある、熱交換器を通過する流れの均一性も検討します。一方で、ソリューションに対して可能な設計空間は複雑で、形状的に制限があり、設計案はこの両方を満たす必要があります。
TOSCA Fluidのトポロジー最適化により、2つの立方体の設計空間から新しい設計案が作成されます。2つの立方体間をまたぐ配管は直径が固定されており、熱交換器が設置される位置を決定します。

最適化は1ケースのCFD計算実行でおこなわれます。ソリューションに対する必須の設計要求は、180度のパイプ流れで低い圧損を実現することです。更に、流出部において出来るだけ流れを均一にする事も設計要求の一つとなります。型にはまらない、期待の出来るパフォーマンスを伴った新しい設計案を提供します。流れの結果には一様の改善が見られ、10%の熱効率改善が達成されました。また、新しい設計の全圧損失は従来の設計と比べ 20%の低減が確認されます。

流出部の流速プロファイル	最適化後の流出部の流速プロファイル	与えられた設計空間内での新しい形状 （パスラインにより可視化された最適化後における流れの結果）

TOSCA Fluidを用いた最適化ソリューションへのキーノート

テクノロジー

• 顧客に目を向けた開発によるスピーディーで効率的なトポロジー最適化と統合戦略検討プロジェクト
• 内部流れと大規模モデルに対して特にフォーカスをあてた最適化

統合

• ユーザー推奨のCAE環境をサポートするワークフロー
• 任意のCFDソルバーを使用して高精度な計算結果を保証
• 既存CFDモデルの直接利用
• ユーザー使用環境を用いたプリ・ポストプロセッシング
• 最先端のCAEソフトウェアベンダーとの強いパートナーシップ

パフォーマンス

• CFDソルバーとのダイレクトランタイムカップリングによる効率的でスピーディーな最適化
• サポートされたCFDソルバーを用いた並列最適化
• 完全な最適化に必要とされるのは1ケースのCFD計算
• 大規模モデルに対応

• CAEと最適化の経験が豊富なスタッフによる技術サポート
• 御社でのオンサイトトレーニング
• FE-DESIGN社サイトでのベーシック、アドバンスドトレーニング

• GUIインターフェースを使用した簡単設定
• 標準的な最適化はたった5-10クリックで設定完了
• ノンパラメトリック
• 既存のCAD/CAE環境を用いての結果処理、データ転送

• 開発初期段階におけるスピーディーで簡単な設計最適化
• 可能性をかきたてる設計と大きな解空間
• 圧損低減、騒音減少、流れの均一化や他の様々な最適化タスクに直接目を向けた最適化
• 開発時間/サイクルの削減