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例題７ 静止している風車周りの流れの過渡解析
本例題について
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回転していない風車周りの流れの過渡解析例を示します。
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風車に空気の流入による風をあてた解析を行い、風車にかかる圧力を解析結果として見ることができます。
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風車は静止しており、回転などの動きは考慮しない解析です。
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表に記載されていない条件は初期設定の条件を使用します。
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プロジェクトファイルを取得（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）
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Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
3次元 |
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モデル単位 |
m |
解析条件
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項目 |
タブ |
条件 |
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ソルバの選択 |
流体解析[Bernoulli] |
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解析の種類 |
流体解析 |
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時間ステップ |
過渡解析 |
時間ステップ：指定
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メッシュ設定 |
メッシュ |
標準メッシュサイズ:0.2[m] Fan: 0.05[m] Case: 0.08[m] |
モデル図
直方体の空気領域内に風車とケースを作成しています。空気領域の上部から流入境界により風車に風をあてています。
ボディ属性および材料の設定
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ボディ No./ボディタイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
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24/Solid |
Case |
001_アルミニウムAl※ |
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25/Solid |
Fan |
104_ステンレス鋼※ |
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26/Solid |
Air |
000_空気※ |
※材料データベースを利用
境界条件
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境界条件名/トポロジ |
タブ |
境界条件の種類 |
条件 |
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In/Face |
流体 |
流入 |
流速指定 2[m/s] |
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Out/Face |
流体 |
流出 |
自然流出 |
解析結果
最終時刻ステップ(1[s])における流速のベクトル図（ベクトルXYZ、ベクトルXY）を示します。
結果より、風車に当たる前はZ方向の成分しかない空気の流れが風車の形状によりXY面内の流速を得ていることがわかります。
図1 最終時刻ステップにおける流速のベクトル図（左図：ベクトルXYZ、右図ベクトルXY）
最終時刻ステップにおける流線を図２に示します。流線図から風車により空気の流れが加速していることがわかります。
この流線図では空気の流れが加速されている様子をわかりやすくするために、描画設定より最大値を10[m/s]、始点の分布間隔を0.1mとしています。
図２ 最終時刻ステップにおける流線図
最後に最終時刻ステップにおける風車にかかる圧力（静圧）を図３に示します。風車の羽先端では圧力が小さくなっています。
これは羽の先端で最も空気の流れが加速されることで空気の流れの静圧が小さくなっていることを意味します。
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応力解析例題７０ではこの圧力をもとに応力解析を行っています。
図３ 静止している風車にかかる静圧