Femap thermal紹介.pptx

1. 有限差分法熱解析プログラム Femap Thermal のご紹介 2. Femap Thermalの概要 1 • 有限差分法解析ソルバ―TMG(Thermal Model Generator)をFemapと 高度に連携させた製品で、熱伝導と一部の輻射が取り扱えるBasic版と 様々な熱問題が取り扱えるAdvanced版の2種類が提供されます。 Femapとシームレスな連携 Model Managerによる 解析条件の一元管理 共役勾配法を用いた 高速計算処理 多様な結果分析 流体解析モジュールFlow との連携（熱流体解析） 3. 解析機能（Thermal vs Nastran） 2 製品 オプシ ョン 解析 固体熱伝導 接触熱伝達 定常 過渡 異方性 依存性 接触 抵抗 温度 依存 時間 依存温度 時間 Nastran - ○ ○ ○ ○ ○ △ Thermal Therma l ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Adv Flow 製品 オプシ ョン 輻射熱伝達 環境 形態係数 自動計算 散乱面 鏡面 透過屈折 日照 軌道 輻射異方性 異方性 異方性 Nastra n - ○ ○ ○ Therm al Therm al ○ ○ ○ ○ Adv + ○ ○ ○ ○ ○ ○ Flow 4. 解析機能（Thermal vs Nastran） 3 製品 オプション 対流 自然 強制 フローネッ トワーク 伝達係数 自動計算 CFD連成 自然 強制 移動境界 フィルタ ー Nastran - ○ ○ ○ Thermal Thermal ○ ○ Adv ○ ○ Flow ○ ○ ○ ○ 5. 固体熱伝導解析 4 • ソリッド要素、プレート要素、質量要素（移流なしフローパス）、 線要素（移流を考慮したフローネットワーク）について計算します。 • 温度拘束、熱流束、その他熱負荷等の境界条件は、エレメント単位で 定義（グループを使用）します（時間の関数として定義可能）。 • 熱伝導率、比熱、密度の材料特性は温度依存性を考慮することができ、 相転移効果や材料の直交異方性、流体特性も設定できます。 氷の融解 6. 固体熱伝導解析 5 • Advanced版では、抵抗体発熱解析機能が使用でき、以下のような条件 による解析が行えるようになります。 ➢ 通電によるジュール発熱を考慮した熱解析 → 電気回路の発熱を通電で制御可能 ➢ 電気抵抗率の温度依存性設定 7. 熱制御素子モデル 6 • コントローラー ➢ サーモスタット（温度測定点の状態に合わせて発熱をON/OFF） ➢ 温度のPID制御（Advanced版） • 熱移動素子 ➢ ペルチェ素子（ゼーベック係数、温度依存性を考慮） ➢ ヒートパイプ ➢ MLI（Multi Layer Insulation） • ハニカムサンドイッチなどの 多層板のモデル化 サーモスタットによるヒータの温度制御 8. 接触熱伝達解析 7 • 形状の異なるメッシュ間に面積比例のコンダクタンスを作成して熱的 に結合することができます。また、面積の重なりを考慮して、コンダ クタンスを自動的に分配します。 • 主な用途 ➢ 発熱機器とヒートシンクの熱解析 ➢ 電子基盤とガイド間の熱伝導解析 9. 熱伝達解析 8 • Advanced版では、断面形状と流体特性を定義したフローネットワーク を用いて流体の温度変化を考慮した熱伝達解析を行うことができます。 • 特長 ➢ 流体計算を行わないので高速に計算されます。 ➢ フローパス形状の徐変、フローネットワークの圧力損失、 摩擦損失を考慮できます。 ➢ 層流と乱流の自動判定とヌッセルト数、 プラントル数の自動計算ができます。 ➢ 自然対流と強制対流の両方を考慮 した解析が行えます。 ➢ Femap Flowと組み合わせて使用できます。 • 主な用途 ➢ 電子機器の空冷解析 ➢ 配管系の流れ解析 パワートランジスタの熱伝達解析 （自然対流を考慮） 10. 熱輻射伝導解析 9 • プレート要素、ビーム要素、軸対称要素に対してサーフェス間の熱輻 射交換を考慮した計算ができます。 • 特長 ➢ 形態係数を高速に計算できます。（4000面の計算を数分で処理）また、 最大100万サーフェスまで計算を考慮します。（大規模モデルへの対応） ➢ 熱赤外放射率、透過、屈折を設定でき、完全散乱面の熱特性のみでなく 不完全散乱面の熱特性も考慮できます。 ➢ 輻射熱計算にOppenheim（ラジオシティ） 法とGebhardt法を採用 ➢ 形態係数計算にNusselt半球法と Hemicube法を採用 ➢ レイトレース法とモンテカルロ法に よる鏡面反射、透過、屈折を 考慮できます。 発熱棒の熱輻射解析 11. 熱輻射伝導解析 / レイトレース&透過屈折計算 1 0 • Advanced版の熱輻射伝導解析では、光線追跡計算によるモデルの鏡面 性と透過性を考慮した計算を行うことができます。また、多重反射の 考慮や、双方向レイトレーシング計算を行います。 レンズ、水槽、ガラス等の半透明体の透過、吸収、屈折の計算も 行うことができます。 双曲ミラーの解析 12. 熱輻射解析 / 日照解析 1 1 • Advanced版の熱輻射解析では、太陽ベクトルを設定し、大気減衰、 透明度、空の散乱反射、地面の反射を考慮した日照解析を行うことが できます。温度、熱流束の他、日照強度（熱流束）、太陽ビューファ クタ等が結果として出力されます。 市街地のヒートアイランド 市街地の日照解析（2011/02/01） 13. 熱輻射解析 / 起動熱解析 1 2 • Advanced版の熱輻射解析では、人工衛星などの宇宙機の起動熱環境を 定義することができ、太陽からの光エネルギー、惑星からの赤外放出 および、太陽光線が地表面や大気で乱反射して起動へ届く太陽光反射 を考慮した起動熱解析を行うことができます。温度、熱流束の他、軌 道熱流束、太陽光反射、惑星-太陽ビューファクタ、関節の動き、軌 道情報等が結果として出力されます。 三軸衛星の太陽ビューファクタ 14. • Nastran、Thermalとも、輻射形態係数の計算は可能ですが、取り扱え る方法が以下のように異なります。 • Nastran ➢ Nusselt半球法（原理的） ・ カプノスの方法（ストークス式の応用） ・ 上限：1キャビティあたり約10,000面まで • Thermal ➢ Nusselt半球法 ➢ Hemicube法 ・ Nusselt半球法より数十倍の速度・規模の処理が可能 精度は実用上、十分 ・ グラフィックスカード（OpenGL）の応用により、 さらに数倍の高速化 熱輻射解析 / 形態係数計算 1 3 15. • 要素数2,287面 ➢ 小さな家とストーブ、新型赤外ヒータの解析 • NX Nastran ➢ 輻射計算時間： 37分34秒 ➢ 総計算時間： 38分35秒 • Thermal ➢ 輻射計算時間： 35秒 輻射リンク： 1,322,492 ➢ 総計算時間： 58秒 • 時間倍率 ➢ 輻射計算64倍 ➢ 温度結果は同じ ➢ 実用上、NX Nastranでは約1万面が実用限界 ・ 計算時間は要素数の4乗に比例 ・ Thermalは40万面の実績あり（受託） 熱輻射解析 / ベンチマーク 1 4 16. 熱輻射解析 / ベンチマーク 1 5 • モデル概要（ヒータと壁） ストーブ 新型ヒータ 床は15℃に固定 17. 熱輻射解析 / ベンチマーク 1 6 • モデル概要（ヒータと壁） 温度（床15℃に固定） 輻射強度（W/m2） 18. 熱輻射解析 / ベンチマーク 1 7 • 応用（Thermalで室外の対流を設定した結果） 19. モデル縮退機能 1 8 • Advanced版では、複雑なモデルを条件に応じて縮退し、単純なモデル に置き換えて計算時間を短縮することができます。 • 用途 ➢ 影響によるモデルの簡略化 ・ 重要でないモデル部分の簡略化 ・ 熱リンクの合成 ➢ 縮退モデルの解析結果をフルモデルへ自動マッピング ➢ 縮退モデルをSINDAコードなどにアウトプット ・ 従来と逆のアプローチで熱-構造モデルを高度にリンク 20. 制限事項 1 9 • Femap Thermalで取り扱えるモデル規模は以下の制限があります。 ➢ 最大節点数：10,000,000 ➢ 最大要素数： ・ 計算に要素重心法を使用する場合、10,000,000 ・ 計算に要素外心法を使用する場合、 5,000,000 ➢ ビューファクタ：VUFFファイルのサイズが2GB以下（およそ35,000,000） ➢ 最大プロパティ数：99,999 ➢ 最大グループ数：100,000 21. 適用範囲 / 電気・電子産業 2 0 • 電子機器の熱解析 （Basic以上） • 素子熱解析 （Basic以上） • 電源熱解析 （Basic以上） • 太陽光発電装置の効率解析 （Advanced） • 温度制御機器の性能解析 （Basic以上） • 試験コリレーション （Advanced） • 感熱/焼付け機器の熱解析 （Advanced） • シリコンウェハの熱処理 22. 適用範囲 / 輸送・重工 2 1 • 発動機の熱解析 （Basic以上） • 発電設備の熱解析 （Advanced） • 熱反射炉/真空炉の熱解析 （Advanced） • 太陽炉の効率解析 （Advanced） • 熱交換機の効率解析 （Advanced） • 工場建屋の空調解析 （Advanced） • 船舶・自動車の熱解析 （Advanced） 23. 適用範囲 / 建築 2 2 • 日照解析 （Advanced） • ヒートスポット/ヒートアイランド解析 （Advanced） • 建築物の熱解析 （Advanced） • 熱配管の効率 （Advanced） • 輻射暖房装置の解析 （Basic以上） • 壁からの熱流入の解析 （Basic以上） • 室内照度の一次検討 （Advanced） 24. 適用範囲 / 航空宇宙 2 3 • 人工衛星（人口天体）の熱解析 （Advanced） • GSE等地上設備の熱解析 （Advanced） • 縮退熱モデルの作成 （Advanced） • 試験解析とコリレーション （Advanced） • 起動環境の解析 （Advanced） • 観測機器の視野解析 （Advanced） • 一次コンタミネーション解析 （Advanced） 25. 導入支援 2 4 • CAEへの理解を深めて頂くために、お客様目線での「技術サポート」、 「セミナー」、「コンサルティング」を全力でいたします。 ソフトウェアの 初期導入支援 ソフトウェアの 便利な使い方の提案 解析実行のための 効率のよい設定の紹介 26. ありがとうございました 株式会社 FRONE ［本社-契約関連- Head Office］ 〒154-0002 東京都世田谷区下馬1-33-12 ［東京オフィス-営業・技術部門- Tokyo Branch Office］ 〒154-0001 東京都世田谷区池尻3-5-26 FLEG池尻304 MAIL: [email protected] URL: http://frone.jp TEL: 03-6805-3135