次世代を見据えたCFDアルゴリズムの構築とその工学的応用

従来の直交格子法の問題点は、直交格子上で任意形状をどのように取り扱うかであった。そこで本年度の研究では、直交格子上で任意形状を再現できる計算手法の構築を行った。具体的には、流体解析を解析対象とする物体の壁面近傍とそれ以外の領域に分け、壁面近傍には計算格子点に対する自由度が高いGridlessタイプのソルバーを、それ以外の領域には従来の直交格子法の流体解析ソルバーを適用するカップリング計算手法の構築を行った。壁面近傍にGridless法を導入することにより任意形状に対する格子の取り扱いが容易になり、直交格子を用いたRANS計算が構造格子法や非構造格子法といった形状適合型の計算手法と同等の計算精度で行えるようになった。またGridless法に並列化や陰解法を適用することで、カップリング計算においても収束加速が得られることが可能となった。また従来の先行研究では空間精度が高々3次精度であり、風上差分を用いていたため数値粘性が大きく、騒音解析をする場合には空間および時間精度共に十分でなかった。そこで空間の離散化に6次精度コンパクト差分法および10次精度空間フィルターを導入し、Gridless法による壁面境界取り扱いと合わせることで高次精度計算手法を構築した。音響解析の検証計算では、数値解析解と理論解とが良好に一致することを確認でき、任意形状に対する音響解析ツールを構築できた。以上、本年度の研究成果によって、直交格子を用いた任意形状に対する効率的な計算手法が確立された。

従来の直交格子法の問題点は、直交格子上で任意形状をどのように取り扱うかであった。そこで本年度の研究では、直交格子上で任意形状を再現できる計算手法の構築を行った。具体的には、流体解析を解析対象とする物体の壁面近傍とそれ以外の領域に分け、壁面近傍には計算格子点に対する自由度が高いGridlessタイプのソルバーを、それ以外の領域には従来の直交格子法の流体解析ソルバーを適用するカップリング計算手法の構築を行った。壁面近傍にGridless法を導入することにより任意形状に対する格子の取り扱いが容易になり、直交格子を用いたRANS計算が構造格子法や非構造格子法といった形状適合型の計算手法と同等の計算精度で行えるようになった。またGridless法に並列化や陰解法を適用することで、カップリング計算においても収束加速が得られることが可能となった。また従来の先行研究では空間精度が高々3次精度であり、風上差分を用いていたため数値粘性が大きく、騒音解析をする場合には空間および時間精度共に十分でなかった。そこで空間の離散化に6次精度コンパクト差分法および10次精度空間フィルターを導入し、Gridless法による壁面境界取り扱いと合わせることで高次精度計算手法を構築した。音響解析の検証計算では、数値解析解と理論解とが良好に一致することを確認でき、任意形状に対する音響解析ツールを構築できた。以上、本年度の研究成果によって、直交格子を用いた任意形状に対する効率的な計算手法が確立された。