CFD解析ソフトウェア
2020-06-26建築環境・設備設計分野に用いることが出来る汎用CFD（computational fluid dynamics）解析ソフトウェアは多数存在しており、実務レベルから研究レベルまでニーズにあった様々なものがある。ここでは、HIGH-END SOFTWARE、FOR ARCHITECTURAL DESIGN、OPEN SOURCE / OPEN CODEに分け、紹介する。
※ CFD解析ソフトウェアについてもっと詳細な情報が欲しい方は、下記のリンクをご確認ください。
https://www.cfd-online.com/Wiki/Codes
【1】HIGH-END SOFTWARE
[1] ANSYS / FLUENT
Fluentは、流れ、乱流、伝熱、反応モデリングなどに必要な幅広い物理モデリング機能を搭載し、航空機翼上の気流から火炉内の燃焼、気泡塔から石油プラットフォーム、血流から半導体製造、さらにクリーンルーム設計から排水処理プラントに至るまで、広範囲に及んでいる。
[2] ANSYS / CFX
CFXは、幅広いCFDおよびマルチフィジックスアプリケーションにわたって信頼性の高い正確なソリューションを迅速かつ確実に提供する、ハイパフォーマンス数値流体力学（CFD）ソフトウェアツールである。ポンプ、ファン、コンプレッサー、ガスタービン、水力タービンなど、ターボ機械のシミュレーションの実行において、その優れた正確さ、ロバスト性、スピードが広く認められている。
[3] ANSYS / DISCOVERY Live
ANSYS Discovery Liveは、3次元CADとCAEが一体化した、全く新しい設計者向け製品である。3次元で設計したCADモデルを、一般的なCAEとは桁違いのスピードで瞬時に解析。すぐに結果が検証することで、設計者の迅速な意思決定を助け、初期設計での開発コストが削減できる。
[4] SIEMENS / Star-CCM+
Star-CCM+は、CFD中心のマルチフィジックスシミュレーション用総合総合ソリューションであり、燃焼や噴霧、液膜、熱、質量の移動、非定常、乱流効果および移動境界のシミュレーションを行うために必要な物理モデルが充実している。
https://www.plm.automation.siemens.com
[5] SIEMENS / Flotherm
FloTHERMは、電子機器内外の気流と熱伝達を予測する強力な3次元CFD（数値流体力学）ソフトウェアである。半導体パッケージやPCBからシステム全体さらにはデータセンターに至るあらゆる規模のアプリケーションに対応した設計となっており、プロトタイプによる物理テストの代わりにFloTHERMを使用することで、設計期間の短縮を図ることができる。
https://www.mentor.com/products/mechanical/flotherm
[6] CHAM / PHOENICS
PHOENICSは、信頼性が高く費用対効果の高いCFDプログラムである。流体の流れ、熱または物質移動、化学反応、燃焼を含み，幅広い分野で使われている。
[7] NextLimit / XFlow
XFlowは、格子ボルツマン法を使った新世代の熱流体シミュレーションソフトウェアで、多相流や移動物体を伴う挙動の激しい流体のシミュレーションを精確かつ堅牢に解析することができる。また、自動車の燃費向上や排気ガスの抑制、航空機の環境騒音の低減、風力発電の高効率化などに使用されている。
[8] Metacomp / ICFD++
ICFD++は、米国Metacomp Technologies社のSukumar Chakravarthy博士により開発された汎用流体解析ソフトウェアである。極超音速、非圧縮性流体から圧縮性流体までの幅広い流れを単一のソルバーで解ける最先端の機能を提供しており、自動メッシュ生成によるTetraセルはHexaセルレベルの高精度な流体解析が安定的に可能なため、モデルの作成から解析までが高精度で容易なツールである。
https://www.metacomptech.com/index.php/features/icfd
[9] CRADLE / scFLOW
scFLOWは、ポリヘドラルメッシュを採用した熱流体解析シミュレーションソフトウェアである。非構造格子系汎用三次元熱流体解析システムであるため、車体の空力性能を求めるシミュレーションや、ファンの翼形状・枚数の検討、管内の流れシミュレーションなど「形状再現がキーとなる」シミュレーションに用いられている。
https://www.cradle.co.jp/product/scflow.html
[10] CRADLE / SCRYU Tetra
SCRYU/Tetraは、表面形状を的確に捉えるためにハイブリッドメッシュを採用した汎用の熱流体シミュレーションソフトウェアである。非構造格子系汎用三次元熱流体解析システムであるため、車体の空力性能を求めるシミュレーションや、ファンの翼形状・枚数の検討、管内の流れシミュレーションなど「形状再現がキーとなる」シミュレーションに用いられている。
https://www.cradle-cfd.com/product/sctetra.html
[11] COMSOL / COMSOL Multiphysics
COMSOL Multiphysicsは、スウェーデン・COMSOL ABにより開発された、マルチフィジックス解析を前提として設計されている有限要素法 (FEM)ベースの汎用物理シミュレーションソフトウェアである。最大の特徴は「マルチフィジックス(連成)解析に対する柔軟性とソフトウエアのオープン性」。
[12] FLOWSCIENCE / FLOW-3D
FLOW-3Dは、高精度なCFDソフトウェアで多くの物理的な流動プロセスへの貴重な見識を技術者に提供している。正確に自由表面流れを予測するための特別な機能を持ち、設計段階において、さらに生産工程の改良においても使用できる理想的なCFDソフトウェアである。
[13] SIMSCALE
SIMSCALEは、オープンソースCAE (Code_Aster, OpenFOAM など)をソルバーとしたクラウドベースのCAEクライアントである。 クラウドであるため、OSに関係なくブラウザから利用できる。
【2】FOR ARCHITECTURAL DESIGN
[1] AKL / FlowDesigner
FlowDesignerは、熱流体シミュレーションの専門知識を有する研究者だけでなく一般の設計者にも、より身近に、より手軽に活用していただきたいという思いで開発した純国産のソフトウェアである。
[2] SIEMENS / FloVENT
FloVENTは、あらゆる規模や種類のビル内外の気流、熱伝達、汚染分布、快適指標を3次元で予測できる強力なCFD（計算流体力学）ソフトウェアで、メニュー・システムは高速で使いやすく、HVAC（暖房、換気、空調）システムの設計と最適化に携わる設計者向けに特化した解析ツールである。
https://www.mentor.com/products/mechanical/flovent
[3] CRADLE / STREAM
STREAMは、電子機器、建築土木などさまざまな業界で使われ続け、既に30年以上の実績を誇る汎用の熱流体シミュレーションソフトウェアで、進化し続ける圧倒的な使い易さと高速演算が特長のツールである。
https://www.cradle.co.jp/product/stream.html
[4] ENV-SIMULATION / WindPerfect
WindPerfectは、流れ・熱・湿度等の解析が可能な3次元熱流体解析ソフトウェアで、長年蓄積した多くの解析ノウハウを踏まえ、設計者・研究者がCFD（計算流体力学）を日常的に使えるように設計された解析ツールである。
[5] AUTODESK / Autodesk CFD
Autodesk CFDは、数値流体力学に対応したソフトウェア機能と熱シミュレーション ツールを搭載しており、さらに強化した信頼性とパフォーマンスを提供している解析ツールである。設計案を比較し、製造の前に設計の特性を詳細に把握することができる。学生の場合、教育機関限定ライセンスにより 1 年間無償でご利用可能だし、30 日間無償体験版も利用可能。
https://www.autodesk.com/products/cfd
【3】OPEN SOURCE / OPEN CODE
[1] OpenFOAM
OpenFOAM (Open source Field Operation And Manipulation)は、数値解析開発、及び数値流体力学を含む連続体力学の前後処理用のC++製ツールボックスである。2004年にOpenCFD 社によってリリースされ、エンジニアリングと科学に関する、産業界及びアカデミック分野に広く利用されている。化学反応に関する複雑な流れ、乱流と伝熱、音響解析、電磁気学の 範囲まで対応可能。
[2] SU2
Stanford University Unstructured (SU2)は、C++で作成されたOPEN SOURCE / OPEN CODEであり、多重物理分析と設計の最適化ソフトウェアである。無料で使用でき、どんな人でもコードの作成・開発が可能である。
[3] CODE_SATURNE
Code_Saturneは、FREE / OPEN SOURCEであり、定常・非定常、層流・乱流、非圧縮性・弱膨張性、等温・非等温の2D、2D軸対称、3D流れのナビエ・ストークス方程式を解くソフトウェアである。
[4] Gerris Flow Solver
Gerrisは、OPEN SOURCE / OPEN CODEであり、液体も混合、表面張力現象の解析に良いものである。解析事例も公開されているのでご確認して見てください。
[5] OpenFVM
OpenFVMは、GPLライセンスでリリースされた一般的なCFDソルバーである。複雑な3Dジオメトリの流れを解析するために開発されており、有限体積法を使用して偏微分方程式を解くものである。また、速度場と圧力場のみではなく、非等温混相流も解くことができる。
http://openfvm.sourceforge.net
Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Nagoya University]