(57)【要約】【課題】  計算流体動力学モデルの準備のための方法及び装置を提供する。【解決手段】  シミュレーションのための複数の個別コンポーネントを含む複数コンポーネント製品の計算流体動力学(Computational  Fluid  Dynamics：CFD)モデルを準備する方法であって、前記方法は、前記モデル内の１又は複数のコンポーネントの代わりに流量に対する簡略化された障害物を用いる簡略化モデルを提供するステップと、  前記簡略化モデルを解くステップと、前記CFDモデルのシミュレーションにおいて流量の開始値を提供することにより、モデルデ―タを追加するために、前記簡略化モデルの解を用いるステップと、を有する。【選択図】図２
2014238836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シミュレーションのための複数の個別コンポーネントを含む複数コンポーネント製品の計算流体動力学(Computational  Fluid  Dynamics：CFD)モデルを準備する方法であって、前記方法は、
前記モデル内の１又は複数のコンポーネントの代わりに流量に対する簡略化された障害物を用いる簡略化モデルを提供するステップと、
前記簡略化モデルを解くステップと、
前記CFDモデルのシミュレーションにおいて流量の開始値を提供することにより、モデルデ―タを追加するために、前記簡略化モデルの解を用いるステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記簡略化モデル及び簡略化モデルの解を提供するステップは、前記複数コンポーネント製品のモデルが構築されるとき、自動的に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記CFDモデルは、バックグラウンドメッシュ及び前記コンポーネントの別個のメッシュを有する複合メッシュを用いてメッシュ化され、流量の前記開始点は、バックグラウンドメッシュのフローのためのものである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記簡略化モデルは、少なくとも１つのバックグラウンドメッシュを用いてメッシュ化され、反復的計算により解かれ、前記バックグラウンドメッシュの解は、前記CFDモデルシミュレーションにおける流量の開始点を提供する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記簡略化された障害物は、前記コンポーネント及び前記コンポーネントのメッシュ並びに任意で前記簡略化された障害物のために必要なメッシュと共に、前記複数コンポーネント製品のモデルが構築される前に格納される、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記CFDモデルのシミュレーションにおける流量の前記開始点は、前記バックグラウンドメッシュからの前記コンポーネントメッシュの境界に挿入される、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記バックグラウンドメッシュは、前記簡略化された障害物の周囲の輪郭を示すために前記簡略化モデルの提供中に微調整され、前記バックグラウンドメッシュが微調整前よりも忠実に前記簡略化された障害物を表すようにし、有限要素シミュレーションでは、前記微調整は前記簡略化された障害物にローカルである、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
簡略化された障害物は、メッシュ空間を有し、前記メッシュ空間は、望ましくは前記コンポーネントの固体部分を包含する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記メッシュ空間は、固体幾何学的形状に前記コンポーネントをカプセル化することにより、及び前記固体幾何学的形状を用いて前記空間を生成することにより、形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
簡略化された障害物は、前記コンポーネントの形状より単純な形状を有する置換コンポーネントを有し、前記置換コンポーネントは、望ましくは、コンポーネントメッシュの一部のみをカバーする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記置換コンポーネントは、前記モデル内のコンポーネントの平均熱容量と等価な平均熱容量のような、前記モデル内のコンポーネントのより複雑な熱特性を表す簡略化された熱特性を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
１より多いサブコンポーネントを有するコンポーネントは、単一の置換コンポーネントにより置換される、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
ゼロ速度の速度境界条件は、前記簡略化モデルを解くために、前記空間及び／又は置換コンポーネントのエッジに設定される、請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記簡略化モデルは、前記バックグラウンドメッシュと置換コンポーネント毎の別個のメッシュとを有する複合メッシュを用いてメッシュ化される、請求項３及び請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
シミュレーションのための複数の個別コンポーネントを含むマルチコンポーネント製品のCFDモデルを準備する方法を実施するよう配置されるコンピュータ装置であって、前記装置は、
前記モデル内の１又は複数のコンポーネントの代わりに流量に対する簡略化された障害物を用いる簡略化モデルを提供するよ配置されるモデル簡略化部と、
前記簡略化モデルを解くよう配置される少なくとも１つの初期化ソルバと、
前記CFDモデルの前記シミュレーションのためのモデルデータに流量の開始点を追加することにより、前記簡略化モデルの解を用いるよう構成されるデータ入力部と、
を有する
【請求項１６】
ある範囲の複数コンポーネント製品のためのCFD処理を簡略化する方法を実施するよう配置されるコンピュータ装置であって、各製品は、前記範囲に提供される複数のコンポーネントの異なる組合せを含み、前記コンピュータ装置は、
コンポーネント形状のCAD（Computer  Aided  Design）モデルのための入力と、
ライブラリインタフェース及びライブラリプロセッサであって、ライブラリユーザに、前記コンポーネントの周囲の空気領域を追加し、CFD分析で使用するために前記コンポーネントと前記コンポーネントの周囲の空気領域とを含むメッシュを生成し、コンポーネントが簡略化された障害物により置換されている簡略化モデルを解くことにより流量の開始点を提供するために初期化処理で使用する流量に対する簡略化された障害物を生成させる、ライブラリインタフェース及びライブラリプロセッサと、
前記範囲の知られているコンポーネントをデータベースに個々に格納するコンポーネントライブラリであって、各知られているコンポーネントは、コンポーネント形状と、メッシュと、簡略化された障害物とを有し、前記コンポーネントライブラリは、前記製品のモデルを生成するために前記知られているコンポーネントの選択及び配置を可能にする、コンポーネントライブラリと、
を有するコンピュータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数コンポーネントシステムにおける計算流体動力学（computational  fluid  dynamics：CFD）シミュレーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、複数コンポーネントシステムにおける計算流体動力学（computational  fluid  dynamics：CFD）シミュレーションに関する。これらの種類のシミュレーションは、製品の品質を向上するために製品の動作をモデル化及びシミュレーションする目的でコンピュータソフトウェアを使用するCAE（Computed  Aided  Engineering）の一部である。
【０００３】
CFDは、流体のフローに関する問題を解き分析するために反復的数値方法及びアルゴリズムを用いる流体力学の分野である。解は、流量の定常状態又は過渡状態であり得る。CFDは、熱流量も考慮できるので、熱分析として追加的に動作できる。
【０００４】
本発明は、特に、有限数のコンポーネントを有する多数のモデルが関与するCFDシミュレーションの分野に関する。標準的な用途は、サーバ内部のへ津転送のCFDシミュレーションである。ここでは、モデルは、通常、１つの大きなコンポーネント（マザーボード）と、多くの小さなコンポーネント（拡張カード、メモリモジュール、CPU等）と、シミュレートされ分析される必要のある幾つかの構成と、を有する。
【０００５】
CFDシミュレーションは、多くの工業製品の設計において重大なステップになってきている。ある標準的な例は、情報技術（IT）産業である。IT産業では、ハードウェア製造者及びシステムインテグレータは、CFDを用いて、ノートブック、デスクトップ、コンピュータ、サーバ及び他のIT装置内部の気流及び熱転送をシミュレートする。CFDシミュレーションから得られた結果は、コンポーネントが筐体内に配置される方法を最適化することにより、及びそれらが最適温度で動作することを保証することにより、製品の品質及び信頼性を向上するために用いられる。より大きな規模では、同じ種類のシミュレーションは、自動車又は航空機内の多くの部品について用いることができる。CFDは、データセンタ及びデータセンタ内の部屋のシミュレーションにも用いることができる。
【０００６】
図１は、伝統的なCFDシミュレーションプロセスのフローを示す。先ず、ステップＳ１で、シミュレートされるべきシステムのCADモデルが生成され又は得られる。シミュレーションが実行される前に、ステップＳ２で、モデルは前処理されなければならない。ここでは、モデルのメッシュが生成され、次に、ステップＳ３で、境界条件及び材料特性が設定される。メッシュ化では、形状は、メッシャーにより、非常に多数の要素に区分され（メッシュ化され）、メッシュを形成する。メッシュは、境界条件を伴い、次にソルバーへ送信される。ソルバーは、有限要素法又はより一般的には有限体積法のような標準的な数値技術を用い、各要素の個々の計算を用いてシステムにおける境界条件の影響（例えば、流体の挙動及び特性）を計算する。多くのコンポーネントを有する複雑な形状では、計算的観点から及び手作業を含む多くの場合に、メッシュ化段階は特に難しい。
【０００７】
前処理段階が完了した後に、ステップＳ４で、上述のCFDソルバーが動作し、シミュレーション／モデル化段階で、通常、シミュレーション結果を得るために反復的技術を用いて、数値式を解く。プロセスは、結果が視覚化され分析される後処理段階Ｓ５で終了する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態は、特に多数のコンポーネントの組合せであるモデルについて、複雑なCFDモデルをシミュレートするために必要な計算及び／又はユーザ入力時間を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の一実施形態によると、シミュレーションのための複数の個別コンポーネントを含む複数コンポーネント製品の計算流体動力学(Computational  Fluid  Dynamics：CFD)モデルを準備する方法であって、前記方法は、前記モデル内の１又は複数のコンポーネント（の完全な表現）の代わりに流量に対する簡略化された障害物を用いる簡略化モデルを提供するステップと、前記簡略化モデルを解くステップと、前記CFDモデルのシミュレーションにおいて流量の開始値を提供することにより、モデルデ―タを追加するために、前記簡略化モデルの解を用いるステップと、を有する方法が提供される。
【００１０】
したがって、準備のみを目的として用いられる簡略化モデルでは、製品のCFDモデルの一部の又は場合によっては全部のコンポーネントは、流量に対する簡略化されたしょうがで置換される。コンポーネントの完全な表現ではなく障害物を用いることは、製品をおおよそモデル化する処理に、ある程度の精度まで、簡略化されていないモデル内にどんな流量が存在するかの考えを与える。流量のこの推定は、最終的なモデルの解に近い簡略化されていないモデルの開始点を与え得る。解を見付けるための流体力学の収束は、モデル化に必要な計算時間の有意な部分を占める。したがって、収束時間の短縮は、モデル化効率にかなりの差をもたらす。
【００１１】
準備方法は、特定ユーザ入力によりトリガされても良く、例えば、モデルで使用されるコンポーネントを置換するための流量に対する簡略化された障害物がモデル化を実行するコンピュータシステムに利用可能な場合、ユーザ入力を有しないで自動的に実行されても良い。一実施形態では、前記簡略化モデル及び簡略化モデルの解を提供するステップは、前記複数コンポーネント製品のモデルが構築されるとき、自動的に実行される。
【００１２】
別の実施形態は、CFDモデルのメッシュ化に関する。単一のメッシュはメッシュ全体のために用いられても良く、別個のメッシュがコンポーネント毎に（或いは、モデル化処理において個別コンポーネントの一部又は全部が一緒にグループ化される場合、場合によっては、コンポーネントグループ毎に）設けられても良い。多くの実施形態では、モデルは、バックグラウンドメッシュ及びコンポーネントの個別メッシュを有する複合メッシュを用いてメッシュ化され、流量の開始値はバックグラウンドメッシュフローのためのものである。
【００１３】
CFDシミュレーションに対する従来技術のアプローチでは、システム全体のモノリシックモデルが開発される。システムを記述する単一のメッシュが生成され、関連式（例えば、Navier-Stokes、熱伝導方程式）が解かれる。この目的のために多くのソルバが利用可能であるが、通常、モデルを構築するためには専門レベルのCFD知識が必要である。これは、特にモデルの計算メッシュが生成されるときに明らかである。
【００１４】
同じ発明者等による未発行の関連技術（参照により本願明細書に組み込まれる欧州特許出願第１３１６１１９８.０号）に、「複数コンポーネントのCFDソルバ」を生成するアプローチが記載されている。このアプローチの基礎にあり且つ多くの本発明の実施形態で使用される思想は、予め構築されたライブラリからのコンポーネントがモデルを設定するために組合せられることである。個別コンポーネントは、ライブラリから選択され、バックグラウンドメッシュにより一緒に接合される。これは、コンポーネント間のデータ交換のための媒体を提供する。必要な専門知識の多くがコンポーネントの生成中にライブラリコンポーネント内に埋め込まれているので、良く検討されたコンポーネントを組合せることが可能なことは、シミュレーションを設定し実行するのに必要なCFD専門知識レベルを低下させる。
【００１５】
数値的に、反復を結合することによるバックグラウンドメッシュの流体力学の収束は、関連の複数コンポーネントのCFDシステムにおける計算の困難な部分であると予想され、計算作業全体の有意な量を占めると予想される。バックグラウンドメッシュ内のフローが、再び反復を結合するまえにおおよそ正しくできる場合、反復を結合するのに必要な主要な作業は、コンポーネントの精細な詳細の効果を含むだろう。バックグラウンドメッシュ内のフローの広範囲の特徴の必要を除去して、反復の結合からマージすることは、結合されたシミュレーション全体において有利な量の計算時間を節約するだろう。
【００１６】
本発明の実施形態は、複数コンポーネント間のデータ交換を伴う計算を実行する良好な開始点を得ることができる。これは、計算の結合（データ交換）部分の安定性を向上し、コンポーネントにより誘起される影響は始めから含まれる。バックグラウンドメッシュ内の開始フローが収束フローに近くなるので、収束のために必要なステップの結合数は低減される。
【００１７】
複合メッシュは、メッシュの集合から、メッシュ間で転送された情報で構築され、関連技術の複数コンポーネントアプローチで使用されるような、後述する「組み立てられた」若しくは埋め込まれたメッシュ、又は結合されたメッシュであっても良い。
【００１８】
簡略化モデルも、複合メッシュを用いても良く、望ましくは少なくとも１つのバックグラウンドメッシュを用いてメッシュ化され、CFD完全モデルシミュレーションにおいて流速の開始値を提供するバックグラウンドメッシュ解で、反復計算により解かれる。
【００１９】
CFDモデルシミュレーションにおける流速の開始値は、簡略化モデルのバックグラウンドメッシュからコンポーネントメッシュの境界に挿入されても良い。したがって、これは、モデル化の開始のときにコンポーネントの境界条件を提供するために用いられる。
【００２０】
簡略化された障害物は、モデルが生成されるとき、又は予め、生成されても良い。関連技術で提案されたライブラリは、それらのモデル化特性と共にある範囲の複数コンポーネント製品で用いられるコンポーネントを格納するために用いることができる。したがって、ライブラリは、例えばメッシュ化に必要な専門知識を含み、コンポーネントを含む代替製品は、個別コンポーネントのメッシュ化又は専門知識を必要としないで生成できる。ライブラリは、場合によっては電子データベースの形式で、個別コンポーネント及びそれらのコンポーネントメッシュだけではなく、１又は複数の設計、設計示唆、又はコンポーネントの一部若しくは全部の１又は複数の簡略化された障害物を生成するための指示を格納しても良い（簡略化された障害物は、幾つかの複雑性の少ないコンポーネントにとって適切／有益であなくても良い）。
【００２１】
したがって、幾つかの実施形態では、前記簡略化された障害物は、前記コンポーネント及び前記コンポーネントのメッシュ並びに任意で前記簡略化された障害物のために必要なメッシュと共に、前記複数コンポーネント製品のモデルが構築される前に格納される。
【００２２】
簡略化モデルのためのバックグラウンドメッシュは、簡略化モデルが生成されるときに生成される。それは、標準的メッシュであっても、又は特別に適応されても良い。幾つかの実施形態では、バックグラウンドメッシュは、簡略化された障害物の周囲の輪郭を示すために、簡略化モデルの提供中に微調整される。したがって、バックグラウンドメッシュは、簡略化された障害物をより（標準的メッシュより、又は微調整前より）忠実に表す。有限要素シミュレーションでは、微調整は、簡略化された障害物にローカルである。微調整は、バックグラウンドメッシュ生成の一部であっても、後続のステップを有しても良い。
【００２３】
本発明の実施形態の１つの概念は、何らかのより単純なもの（流量に対する簡略化された障害物）で、複数コンポーネントシミュレーションにおける各コンポーネントにより占有される空間領域を満たすことにより、モデル全体の簡略化された表現を生成するためである。これは、解かれるとき、結合されたシミュレーションの有利な開始点を提供する。例えば空間、置換コンポーネント、粘性、又は内部境界条件を用いる幾つかの可能な異なるアプローチがある。したがって、流量に対する障害物は、固体物体である必要はないことが理解される。
【００２４】
一実施形態では、簡略化された障害物は、望ましくはコンポーネントを包含するメッシュ空間を有する。したがって、空間は、完全にコンポーネントメッシュに包含されるが、コンポーネント自体の固体部分の外側にある。
【００２５】
有利なことに、前記メッシュ空間は、固体幾何学的形状に前記コンポーネントをカプセル化することにより、及び前記固体幾何学的形状を用いて前記空間を生成することにより、形成される。
【００２６】
代替で、簡略化された障害物は、コンポーネント形状より単純な形状を有する置換コンポーネントを有しても良い。置換コンポーネントは、望ましくは、コンポーネントメッシュの一部のみをカバーする。
【００２７】
置換コンポーネントは、１又は複数の熱的特性を有しても良く、有利なことに、モデル内のコンポーネントの平均熱容量と等価な平均熱容量のような、モデル内のコンポーネントのより複雑な熱特性を表す簡略化された熱的特性を有する。
【００２８】
１つのコンポーネント、例えば空間のために設けられた１より多い簡略化された障害物、及び置換コンポーネントが存在しても良い。異なる簡略化された障害物は、例えば熱特性が考慮されるべきか否かに依存して、異なる分析に適しても良い。この場合、２以上の簡略化された障害物は、上述のライブラリ内の単一のコンポーネントと共に格納されても良い。簡略化された障害物間の選択は、自動的に又はユーザ入力により行われても良い。
【００２９】
より単純な例では、単一のコンポーネントは単一の置換コンポーネントにより置換されるが、１より多いサブコンポーネントを有する任意のコンポーネントが、単一の置換コンポーネント又は単一のメッシュ空間により置換されても良い。この種の置換もライブラリに格納されても良い。
【００３０】
メッシュ空間とは対照的に、置換コンポーネントはメッシュ化が必要である。したがって、簡略化モデルは、バックグラウンドメッシュと置換コンポーネント毎の別個のメッシュとを有する複合メッシュを用いてメッシュ化されても良い。
【００３１】
空間及び置換コンポーネントの両者では、ゼロ速度の初期速度境界条件が、簡略化モデルの解のためにエッジに設定されても良い。
【００３２】
コンピュータプログラムの態様の一実施形態によると、実行されると上述の方法のいずれかを実行するコンピュータプログラムが提供される。
【００３３】
本発明の更なる態様の一実施形態によると、シミュレーションのための複数の個別コンポーネントを含むマルチコンポーネント製品のCFDモデルを準備する方法を実施するよう配置されるコンピュータ装置であって、前記装置は、前記モデル内の１又は複数のコンポーネントの代わりに流量に対する簡略化された障害物を用いる簡略化モデルを提供するよ配置されるモデル簡略化部と、前記簡略化モデルを解くよう配置される少なくとも１つの初期化ソルバと、前記CFDモデルの前記シミュレーションのためのモデルデータに流量の開始点を追加することにより、前記簡略化モデルの解を用いるよう構成されるデータ入力部と、を有する装置が提供される。
【００３４】
本発明の更に別の態様の一実施形態によると、ある範囲の複数コンポーネント製品のためのCFD処理を簡略化する方法を実施するよう配置されるコンピュータ装置であって、各製品は、前記範囲に提供される複数のコンポーネントの異なる組合せを含み、前記コンピュータ装置は、コンポーネント形状のCAD（Computer  Aided  Design）モデルのための入力と、ライブラリインタフェース及びライブラリプロセッサであって、ライブラリユーザに、前記コンポーネントの周囲の空気領域を追加し、CFD分析で使用するために前記コンポーネントと前記コンポーネントの周囲の空気領域とを含むメッシュを生成し、コンポーネントが簡略化された障害物により置換されている簡略化モデルを解くことにより流量の開始点を提供するために初期化処理で使用する流量に対する簡略化された障害物を生成させる、ライブラリインタフェース及びライブラリプロセッサと、前記範囲の知られているコンポーネントをデータベースに個々に格納するコンポーネントライブラリであって、各知られているコンポーネントは、コンポーネント形状と、メッシュと、簡略化された障害物とを有し、前記コンポーネントライブラリは、前記製品のモデルを生成するために前記知られているコンポーネントの選択及び配置を可能にする、コンポーネントライブラリと、を有するコンピュータ装置が提供される。
【００３５】
簡略化モデル及び完全モデルの両方が必要なとき、実装の詳細に依存して、簡略化モデル又は完全なCFDモデルが先ず提供されても良く、又はそれらは同時に生成されても良い。両者は、それぞれ簡略化された障害物の又はコンポーネントの選択及び配置を必要とする。
【００３６】
上述の態様の何れにおいても、種々の特徴は、ハードウェアで、又は１若しくは複数のプロセッサで動作するソフトウェアモジュールとして実施されても良い。ある態様の特徴は、他の態様の特徴に適用されても良い。
【００３７】
方法の態様は、コンピュータによる実施を意図し、システム及び装置の態様で定められる個々のコンポーネントは、コンピュータハードウェアで定められたコンポーネントを提供するよう配置されたコードと共にプロセッサ及びメモリの組を有しても良い。
【００３８】
本発明は、例えば１又は複数のハードウェアモジュールによる実行のための若しくはその動作の制御のための、コンピュータプログラム又はコンピュータプログラム製品、つまり非一時的情報担体に例えば機械可読記憶媒体に有形に若しくは伝搬信号に具現化されたコンピュータプログラムとして実施され得る。コンピュータプログラムは、単独型プログラム、コンピュータプログラム部分又は１より多いコンピュータプログラムの形式であり、コンパイル済み若しくはインタープリット済み言語を含む任意の形式のプログラミング言語で記述でき、単独型プログラムとして又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン若しくはデータ処理環境で使用するのに適切な他の単位を含む任意の形式で展開できる。コンピュータプログラムは、１つのモジュールで、又は１つの場所にある若しくは例えば車上又はバックエンドシステム内にあり通信ネットワークにより相互接続される複数の場所に分散した複数のモジュールで実行されるよう展開できる。
【００３９】
本発明の方法のステップは、入力データに対して作用し出力を生成することにより本発明の機能を実行するためにコンピュータプログラムを実行する１又は複数のプログラマブルプロセッサにより実行されても良い。本発明の装置は、プログラミングされたハードウェアとして実装でき、又は特定目的論理回路、例えばＦＰＧＡ（field  programmable  gate  array）又はＡＳＩＣ（application-specific  integrated  circuit）を含み得る。
【００４０】
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例えば、汎用及び特定目的プロセッサの両方、及び任意の種類のデジタルコンピュータの１又は複数のプロセッサを含む。概して、プロセッサは、命令及びデータを読み出し専用メモリ又はランダムアクセスメモリ又はそれらの両方から受信する。コンピュータの基本要素は、命令及びデータを格納する１又は複数のメモリ装置に結合され命令を実行するプロセッサである。
【００４１】
本発明は、特定の実施形態の観点から記載される。他の実施形態も添付の請求の範囲に包含される。例えば、本発明のステップは、異なる順序で実行でき、依然として所望の結果を達成する。複数のテストスクリプトバージョンは、オブジェクト指向プログラミング技術を用いることなく、１つのユニットとして編集され呼び出され得る。例えば、スクリプトオブジェクトの要素は、構造化データベース又はファイルシステムに編成でき、スクリプトオブジェクトにより実行されるとして記載される動作は、テスト制御プログラムにより実行できる。
【００４２】
好適な実施形態による装置は、特定の機能を実行するよう構成される又は配置されるとして記載される。この構成又は配置は、ハードウェア又はミドルウェア又は任意の他の適切なシステムの使用による。好適な実施形態では、構成又は配置は、ソフトウェアによる。
【００４３】
本発明の要素は、用語「入力部」及び「簡略化部」及び他の機能的用語を用いて記載される。当業者は、このような用語及びそれらの等価物が、空間的に離れているが定められた機能を提供するために結合するシステム又は装置の部分を表し得ることを理解する。同様に、コンピューティングシステム又は装置の同じ物理的部分は、２以上の定められた機能を提供しても良い。
【００４４】
例えば、別個に定められた部分は、適切な場合には同じメモリ及び／又はプロセッサを用いて実装されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
例として、以下では、従来技術及び本発明の実施形態を示す添付の図面を参照する。
【図１】従来のCFDシミュレーションのフローチャートを示す（上述した）。
【図２】本発明の実施形態による全体的フローチャートである。
【図３】簡略モデルが改良CFDシミュレーションでどのように用いられるかの概要である。
【図４】簡略化モデルがCFDシミュレーションにどのように統合されるかの更に詳細な図である。
【図５】シミュレートされるべき単純モデルの３Ｄ表現である。
【図６】シミュレートされるべき異なるシナリオ及びそれらのメッシュの３Ｄ表現である。
【図７】簡略化障害物としての１つのコンポーネントに対応する空間の生成を示す。
【図８】簡略化障害物としての別のコンポーネントに対応する空間の生成を示す。
【図９】ゼロ初期化、大きな空間の初期化、及び小さな空間の初期化の収束速度の比較である。
【図１０】簡略化障害物としての単純な固体の生成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明の範囲は、特に多数の離散コンポーネントを含むCFDシミュレーションの分野である。主な対象用途は、ITハードウェア設計である。ITハードウェア設計では、標準的な機器が、異なる配置で基板に取り付けられ、部品を冷却するためにコンポーネントの周囲に気流を有する、異なるサイズ、形状及び熱特性の多くのコンポーネントを有する。複数コンポーネントのアプローチは、標準的な単一のアプローチよりも、このようなシステムのCFDシミュレーション効率を有意に向上できる。本願明細書に記載の拡張は、シミュレーションシステムの計算効率を更に向上させる。
【００４７】
図２は、本発明の幾つかの実施形態の概要をフローチャートの形式で示す。ステップＳ１００で、簡略化モデルが提供される。例えば、モデルは、オンザフライで生成され得る又はデータベースから読み出され得る１又は複数の簡略化障害物を用いても良い。
【００４８】
ステップＳ２００で、解、例えば定常状態流量及び場合によっては熱流量も、を見付けるために、簡略化モデルはシミュレートされる。
【００４９】
この解法は、ステップＳ３００で、コンポーネントが簡略化されない完全なCFDモデルのシミュレーションのために開始値を提供するために用いられる。
【００５０】
次に、ステップＳ４００で、完全なシミュレーションは実行されても良い。
【００５１】
例えばサーバ全体の気流のCFDシミュレーションでは、通常、コンポーネントは、フローに対して障害物として機能する。フローの点で、領域の流体部分のCFDに与える影響の大きな部分は、コンポーネント自体の詳細な特徴ではなく、コンポーネントの存在による。コンポーネントの詳細な特徴は、そのサイズのコンポーネントが存在するという事実の次である場合が多い。詳細、例えばコンポーネントの精細形状は、殆どの場合、例えばフローの中の物質の塊を有する大きな摂動（perturbation）に加えて小さな摂動を表すと期待される。
【００５２】
結合された計算を実行するとき、異なるコンポーネント／コンポーネントメッシュ及びバックグラウンドメッシュ間のデータ交換を伴い、フローの特性（例えば、流体速度）の推定を開始することは、最終解を良好に提示できない（例えば、ゼロ速度から開始する場合、又は空の室を通るフローで標準的な均一速度分布の場合）。この場合、データ交換を実行するときの作業の多くは、実際には、バックグラウンドメッシュにおける流量のより大規模な特性を定めるときに用いられ得る。
【００５３】
結合ステップが結合された複数コンポーネントのCFD計算を実行するときに必要な作業の大半であるとき、最終収束解の「近く」に開始点を設けることにより、及び安定性を向上することにより（小さな振幅を有する場合、収束に達するには少ない結合ステップしか必要ない）、必要な結合ステップの数を減少させることは、シミュレーション時間の有意な短縮を提供するだろう。
【００５４】
発明者等は、複数コンポーネントのCFDシミュレーションでコンポーネント周囲のフローを定めるために必要な多数の反復を解決したいと望んでいると確信する。特に、複数コンポーネントのシミュレーションにおけるコンポーネントが固体部分である例では、コンポーネントがフローに対して非常に単純化された障害物により置き換えられる全体システムを用いて、シミュレーションのための良好な計算開始点を明らかにできる。
【００５５】
幾つかのより詳細な設計検討を以下に説明する。
【００５６】
完全モデル及び簡略化モデルは、特定の順序で作成される必要はなく、それらは、逐次的ではなく並列に生成されても良い。一例では、完全モデルが簡略化モデルと調和する場合、簡略化モデルを最初に生成し、次にそこで計算されたデータが後に生成される完全モデルを初期化するために用いられ得る。コンポーネントの選択及び配置は、「モデルテンプレート」の生成と考えられる。各コンポーネントの（「単純な」又は「現実の」）どの表現がシミュレーションで使用されるかは、シミュレートされているモデルのレベルを決定し得る。初期化データを生成する場合には、コンポーネント（障害物）の「単純」バージョンが用いられ得る。その化身（incarnation）が解かれた後、結果データは、コンポーネントがそれらの「現実の」表現により置き換えられたシミュレーションの初期化のために用いられ得る。
【００５７】
変形では、互いの変形物である幾つかのモデルを検討するとき、ある状況で異なる完全シミュレーションを初期化するために１つの簡略化開始モデルが用いられ得る。完全モデルが簡略化モデルと十分に調和している限り、簡略化モデルの解は、完全モデルの解のための有利な初期化情報を提供すべきである。
【００５８】
上述の異なる種類の簡略化は、同じモデル内で一緒に使用され得る。例えば、ある部分は空間により置き換えられ、別の部分はより単純な固体コンポーネントにより置き換えられ得る。空間の代わりに固体を用いる主な理由は、必要な場合に、そのコンポーネントの熱的影響を含めるからである。異なる種類の異なるコンポーネントの置換により、あるコンポーネントの熱的影響が含まれ、他のコンポーネントは含まれない。コンポーネントを空間で置き換える場合には、単に空間内に点が存在しないので単純モデルを解く間に計算的利益がある。この場合の下流では、バックグラウンドメッシュの微調整が必要な場合が多い。
【００５９】
完全モデルの中のコンポーネントの境界データは、簡略化モデルの中の（バックグラウンド）メッシュから直接挿入することにより得られる。簡略化モデルから完全モデルのバックグラウンドメッシュに、そこから完全モデルのコンポーネントに、データを挿入することは、有利である。これは、完全モデルを扱うときの解から初期化を別個のステップとして保つのを助ける。簡略化モデルの中のバックグラウンドメッシュは、通常、簡略化モデルと完全モデルとの間で厳密には異なる。例えば、空間置換戦略が用いられている場合、簡略化モデル内の「バックグラウンド」メッシュは、完全モデルに現れるバックグラウンドメッシュには存在しない穴（及び任意でそれらの周りの微調整）を有する。
【００６０】
幾つかのコンポーネントを簡略化し他のコンポーネントを簡略化しないことが可能である。しかし、非簡略化コンポーネントは、簡略化した例をメッシュ化するときバックグラウンドメッシュの有意な微調整の存在をもたらす場合があり、方法の利点を減じてしまう。完全モデルの中の複雑なコンポーネントと比較的単純なコンポーネントの混合では、複雑なコンポーネントのみが置換される必要がある（より単純なコンポーネントは既に単純であるので、置換された場合に有意な改善が期待できない）。
【００６１】
本発明は、関連技術で記載したような複数コンポーネントのCFDシステムの収束速度を向上する。関連技術では、予め構築されたライブラリからコンポーネントを選択することによりCFDモデルが構築されるシステムが記載された。全体システムの特性を定めるために、コンポーネントは、それらの間でバックグラウンドメッシュを介して渡されるデータにより、別個にシミュレートされる。複数コンポーネントのCFDシステムを用いて計算を実行するとき、バックグラウンドメッシュの中のフローの開始条件が必要である。このバックグラウンドメッシュの中のフローは、コンポーネントが情報を交換するとき確立される。
【００６２】
本発明の実施形態は、図１に示した「モデル準備」及び「前処理」段階の間の計算の一部に関する。本発明の実施形態の改良を含み、計算の構成は、以下のステップを含んでも良い。
（１）（関連技術のように）コンポーネント及びバックグラウンド領域を含み、複数コンポーネントモデルを生成する。
（２）コンポーネントをより単純な代表的コンポーネントで置換することにより、CFD解の簡略化モデルを作成する（これは自動でできる）。
（３）簡略化CFDモデルを解いて、バックグラウンドメッシュの中のフローについての開始推定を得る。
（４）シミュレーションを進める。
【００６３】
埋め込みメッシュを有する非結合シミュレーションでは、上述のステップ２、３は、提案（Overture）CFDコードのような、複数コンポーネント能力を有するCFDで実施できる。簡略化処理の結果として、簡略化モデルは、「単一CFD解」に変更可能である。「単一CFD解」では、簡略化処理の結果生じるモデルは、結合部分の集合として考えられず、簡略化モデルを解く間に結合コンポーネント間の反復的データ転送は存在しない。有利なことに、簡略化モデルは、その解が標準的なモノリシックソルバを用いて無理なく容易に計算できるほど十分単純である。
【００６４】
本発明は、上述のリストで、簡略化モデルの自動生成及び解決、つまりステップ２及び３に関連する。複数コンポーネントモデルが構築された後、モデル内のコンポーネントは、それらの簡略化バージョンにより置換される。関連技術で記載したようなシステムを用いる場合、コンポーネントの簡略化がどのようにあ行われるべきかの詳細は、コンポーネントライブラリ内に含まれ得る。コンポーネントライブラリには、そのコンポーネントについてどんな置換が許容可能であるかに関する専門知識が蓄積され、ユーザにより再び提供される必要のないことを意味する。
【００６５】
図３は、本発明の実施形態のモデル準備が複数コンポーネントのCFDシミュレーション方法にどのように統合され得るかを示すフローチャートを示す。
【００６６】
複数コンポーネントのCFDシミュレーション方法の第１の段階（図示しない）は、ライブラリ生成段階であり、モデルの基本コンポーネントがシミュレーションのために準備され（つまり、熱源としての種々の特性、流速、材料特性、等が追加される）、独立してメッシュ化され、次にコンポーネントライブラリデータベースに追加される。ライブラリプロセッサは、この段階のために必要である。通常、ライブラリユーザインタフェースも必要である。処理は、通常、ユーザーインターフェースを必要とする手動の処理であるが、自動化もできる。この処理がどのように実行されるかにかかわらず、この段階は、幾つかの主要な特徴を有し得る。
・コンポーネントにつき、１回のみ実行されなければならない。
・各コンポーネントの全ての特性は、形状と一緒にライブラリ内に保存される。
・メッシュ分解能、周囲空気の量、特性等の形式の専門知識は、コンポーネントライブラリ内に蓄積される。
【００６７】
簡略化モデルでは、各コンポーネントの１又は複数の簡略化障害物が準備され、簡略化モデルシミュレーションで使用するために必要な特性緒ｙぼいメッシュ化の全てを含み、該コンポーネントに関する情報の一部としてデータベースに格納される。
【００６８】
例えば、異なるレベルの簡略化に対応し又は異なる例に適する選択肢を提供する代替の簡略化が格納できる（例えば、ある場合には空間、又は別の場合には置換固体であり、熱特性の包含が検討中のシミュレーションのために必要か否かに依存する）。現実のコンポーネントに「近い」置換形状が提供されても良いが、このようなコンポーネントの使用は、初期化を実行するときにより多くの作業を要する。特定のコンポーネントの代替の簡略化は、システムを開発する専門家により試験されライブラリ内に配置され得る。
【００６９】
複数コンポーネントのCFDシミュレーション方法の第２の段階は、GUIに基づくモデル生成である。図示の例では、完全モデルは、簡略化モデルの前に生成される。ユーザは、GUIに基づく環境（場合によってはライブラリに接続される）、及びプロセッサ（及び生成中及び生成後にモデルを格納するためのメモリ）を用いる。ステップＳ５００で、GUIは、予め移植されたコンポーネントライブラリからコンポーネントを選択し配置することにより、シミュレートされるべきモデルを生成するために用いられる。コンポーネントが選択され境界条件が設定された後、モデルは、システム内のモデル生成期により自動的に結合され、モデル化データ（ソルバへの入力データ）がユーザ介入を有しないで生成される。複数コンポーネントアプローチのこの段階の主な特徴は次の通りである。
・メッシュ化が必要ない。
・特性（例えば、材料、内部境界条件、等）を設定する必要がない。しかしながら、それらは必要な場合にユーザにより更新できる。
・生成されたモデル自体は、コンポーネントライブラリにコンポーネントとして追加できる。
【００７０】
ステップＳ６００で、簡略化表現初期化の新しい段階が追加される。ここで、簡略化モデルが生成され、次に本願明細書に詳述するように１又は複数のCFDソルバを用いて解決される。
【００７１】
次の段階は、ステップＳ７００の、完全CFDモデルのソルバ段階である。ソルバ段階には３つの選択肢がある。１つの選択肢では、結合されたモデルは、単一メッシュを形成するために編み処理が行われ、シミュレーションのために「標準的」モノリシックソルバが用いられる。第２の選択肢では、（グリッド間の情報転送により）構造化グリッドの集合に関する問題を解決するのに適した、単一ソルバではない「提案（Overture）」又は別のより複雑なモノリシックソルバを用いて、重ね合わせ又は埋め込みメッシュアプローチが取られる。
【００７２】
第３の選択肢では、コンポーネント当たり１つのソルバを有し、又はコンポーネント当たり１つのソルバのインスタンスを使用し、関連技術による複数コンポーネントのCFDソルバが提供される。１つのモノリシックモデルとしてシミュレーションを実行し、１つのソルバインスタンスのみを実行する代わりに、各コンポーネント又はコンポーネントグループについて１つの複数のソルバが実行される。また、１つの単一コンポーネントについてのみ複数のソルバを実行することも可能である。結合技術は、複数のソルバ間でデータを交換するために用いられる。したがって、最終結果は、元のモノリシックシミュレーションの結果と一致する。複数コンポーネントのソルバは、各ソルバの動作時間、及びソルバ間のデータ交換を管理するスケジューラを用いても良い。この変形の主な特徴は、現代コンピュータアーキテクチャで計算効率が良いことである。
【００７３】
上述の及び他の実施形態では、単一のコンピュータシステムは、全ての段階のための機能を提供でき、又は各段階の処理は、段階間のデータ転送を伴い、別個のコンピュータシステムにより実行できる。例えば、ライブラリ生成は専門CAE会社で実行され、設計製造会社によるモデル生成及び簡略化初期化並びに最終シミュレーション及びソルバは、クラウドに収容されても良い。したがって、各段階は、別個のコンピューティングシステムを巻き込み、別個の商業団体により実行される。代替で、全ての段階は、単一のシステム内で実行されても良い。
【００７４】
図４は、左側にフローチャートのブロックとして示すモデル生成と、フローチャートの上部に示す自動化処理との間の重ね合わせを示す。簡略化表現生成及び初期化は、モデル生成の自動化された部分である。ここで及び他の場所で、初期化は、完全CFDモデルのモデルデータを提供するための簡略化モデルの解決を表す。したがって、モデルデータも自動的に生成される。しかしながら、これら全ての処理は、専門家／高度ユーザにより彼らが望む微調整のために変更可能にできる。
【００７５】
計算流体動力学は、工業デザインで広く用いられる。計算流体動力学は、種々のサイズ及び複雑性の要素が、通常、システムマザーボードの上に一緒に配置されるコンピュータ機器の場合には、特に重要である。要素（例えば、CPU又はGPU）のうちの一部又は全部は熱を生成し、組み立て品は、通常、自身の上空の気流で冷却されなければならない。コンポーネントの相対的配置は、気流の冷却特性に重要な影響を与え得る。コンポーネントの配置変更は、より良好な気流及びコンポーネントのより良好な冷却を可能にできる。これは、コンポーネントの信頼性を向上でき、またシステム全体の信頼性を向上できる。CFDシミュレーションの実行は、設計段階での異なる構成の評価を可能にし、試作段階への有用な入力を提供する。図５は、「基本」サーバモデルを示す。図５では、シミュレートされるべきモデルは、２つの電源ユニット（PSU）、１６個のメモリモジュール（４つのグループで）、及び放熱板を有する２つのプロセッサを備えられたサーバマザーボードを有する（製造モデルは、図示のモデルより多くのコンポーネントを有し得る）。従来技術によると、CADモデルが生成／ロードされた後に、モデル全体のメッシュが生成される。
【００７６】
PSU、メモリ及びプロセッサコンポーネントの異なる組合せは、例えば図６に示すようなモデル化される必要のある異なる全体構成をもたらす。つまり、高性能大容量メモリ構成（例１）、高性能低容量メモリ構成（例２）、及び低性能低メモリ構成（例３）である。これら全ての例は、シミュレートされる必要があり、伝統的なアプローチでは、全てのモデルがゼロからメッシュ化される必要がある。
【００７７】
このような構成の変形を迅速に検討できることは価値がある。関連技術及び幾つかの本発明の実施形態は、特にコンポーネントライブラリ及び並列化のための明確な手段の導入を通じて、モノリシックCFDシミュレーションを実行する標準的な方法を改善する。このような複数コンポーネントシステムでは、バックグラウンドメッシュの中のフローが結合されるコンポーネント間のデータ交換によりマージされなければならないので、バックグラウンドメッシュの中のフローを収束するために多くの結合の反復が必要であっても良い。
【００７８】
適切なバックグラウンドメッシュは、手元のアプリケーションに依存する。適切なバックグラウンドメッシュは、（完全な）シミュレーションの収束を可能にするメッシュである。特に、コンポーネントの周囲のフローの詳細を決定できる必要がある。強靱な既定バックグラウンドメッシュを構築するために必要な知識は、それを開発する専門家によりCFDに含まれても良い。代替で又は追加で、システムは、システムを使用する経験豊富なCFD実行者に、彼らが望むバックグラウンドメッシュの詳細について彼ら自身の選択肢を作成させることができる。
【００７９】
「簡略化」表現を開発し及び反復数を低減するためにモデルコンポーネントを置換する２つの好適な方法を以下に議論する。
（１）各コンポーネントは、コンポーネントの内部固体部分（物理的固体、空気バッファを有しない）を包囲する空間により置換される。次に、メッシュの適切な部分は、メッシュから自動的に除去され、結果として空間を含むバックグラウンドメッシュを生じる。このメッシュを通るフローは、解決され、反復を結合するための開始点として用いられる。
（２）各コンポーネントは、より単純なコンポーネントにより置換される。コンポーネントは、複雑なサブ部分又は精細な形状の詳細を有する部分を含む場合、単一のより単純な幾何学的形状で置換され得る。
【００８０】
より単純な部分は、代表的熱特性のようなより単純な熱特性を有しても良い。例えば、固体の塊は、真の（詳細な）コンポーネントと同じ平均熱容量を有する。固体の異なるサブ部分は、異なる熱特性、例えば熱容量を有し得る。良好な例は、幾つかの金属が一緒に接合された固体である。次に、簡略化は、（場合によっては異なる熱容量を有する）幾つかのサブ部分を有する部分を、実効熱特性を有する単一の部分で置換することを含み得る。固体の熱特性の簡略化の詳細は、ライブラリを開発する専門家による上述のライブラリに含められても良い。
【００８１】
（１）空間生成
簡略化全体モデルを生成するこのバージョンでは、必要なコンポーネントがコンポーネントライブラリから選択された後に、決定されたバックグラウンドメッシュ及び生成されたバックグラウンドメッシュの範囲、コンポーネントがある該メッシュの部分は、空間により置換される。つまり、点がバックグラウンドメッシュから除去される。これは、シミュレーションシステムにより自動的に実行される。使用されているCFDソルバがサポートする場合、バックグラウンドメッシュの微調整が行われ、生成された空間が所望の形状を忠実に表現するようにできる。
【００８２】
空間を生成する幾つかの戦略が可能である。第１に、コンポーネントの複雑な固体部分は、直接除去され得る。メッシュが空間の周りで微調整される場合、バックグラウンドメッシュは、その精細な詳細を含み、部分に密接に従う。しかしながら、これは、新しいバックグラウンドメッシュが多くのメッシュ点を含み、バックグラウンドメッシュを生成するために必要な時間が、コンポーネントメッシュ自体を生成するために必要な時間に匹敵することを意味する。別の戦略は、コンポーネントメッシュ全体により占有される体積を除去することであり得る。これは、大きく及び／又は置換されるコンポーネントの固体部分に類似する形状を有しない空間をもたらし得る。中間的戦略は、上述の２つの戦略の間の良好な妥協案を提供すると考えられ、コンポーネントの固体部分を適切なより単純な幾何学的形状にカプセル化し、それをバックグラウンドメッシュの中の空間を生成するために用いることである。
【００８３】
図７、８は、代表的コンポーネントに対する処理を示す。各図に、コンポーネント（固体部分とそれに関連するメッシュ）及びバックグラウンドメッシュを示す。固体部分は、それぞれの例で、より単純な幾何学的形状により囲まれる。コンポーネントは、バックグラウンドメッシュの上に重ね合わせられ、単純な形状と重なり合うバックグラウンドメッシュ内のセルは、除去される。CFDソルバに依存して、バックグラウンドメッシュの微調整は、空間の近くで行われ得る。速度境界条件ｕ＝０は、空間の端で設定される。
【００８４】
通常、「精細」バックグラウンドメッシュが「非精細」バックグラウンドメッシュから反復的に微調整される否か、又はこのメッシュが１つのステップで生成されたる否かは、使用されているメッシャーに依存する。OpenFOAMメッシャー（snappyHexMesher）では、微調整処理は、結合軸に沿ったセル長についての単純な式（例えば、一定）を有する構造化メッシュで開始し、次に、これを微調整して、空間又は固体のような所要の幾何学的特徴を含める。Gmshの場合には、空間を有するモデルのメッシュは、空間の周囲の十分な詳細を含み、１回で生成される。バックグラウンドメッシュの生成は、計算コストが小さいので、コンポーネントがモデルのために選択された後に実行される。簡略化モデルを解決からのデータは、完全な／複雑なモデルの結合されたシミュレーションにおけるバックグラウンドメッシュに挿入される。
【００８５】
図７、８に示す例示的な場合に、表１は、グリッド点の数、並びにコンポーネントメッシュ、元のバックグラウンドメッシュ及び空間を含むバックグラウンドメッシュのメッシュ生成時間を示す。
【００８６】
示したデータは、図７、８に示した２次元スライスの３次元バージョンを表す。第３の次元に沿ったセル長は、他の次元のセル長と似ている。コンポーネントメッシュは、１回生成され、ライブラリに格納される。しかし、バックグラウンドメッシュは、シミュレーション毎に生成される。したがって、それらの生成は、不適切な計算的に不利な条件を招かないことが重要である。
【００８７】
図示の例では、点の数、及び空間を有するバックグラウンドメッシュの生成時間は、（元のバックグラウンドメッシュの場合よりは大きいが）コンポーネントメッシュの場合より有意に小さい。空間を有するバックグラウンドメッシュとコンポーネントメッシュの中の点の数（又はその生成時間）の間の比は、シミュレーションにより多くのコンポーネントが追加されるときよりも小さくなることが予想される。この比は、コンポーネントの固体部分がより複雑になるとき、減少すると予想される。留意すべきことに、示した例は、製造用途で期待されるものより遙かに小さい。検討されるメッシュが大きく／精細なほど、議論された比はより好ましいものになる。
【表１】
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【００８８】
コンポーネントメッシュの境界は、バックグラウンドメッシュ内に生成された空間の外側にある。したがって、そのフロー特性は、バックグラウンドメッシュにおけるフローの計算から容易に挿入することができ、結合されたシミュレーションを開始するときにコンポーネントシミュレーションのための境界条件を提供できる。バックグラウンドメッシュからデータを転送するために、値は、コンポーネントメッシュのエッジに挿入される（これは、コンポーネントのバッファ領域の境界上の全ての点がバックグラウンドメッシュの流体部分の範囲内にあるときに、常に行われ得る）。
【００８９】
ここで提案した空間に基づく初期化戦略がコンポーネントの周囲のフローの収束をどのように向上するかの説明として、この戦略を（モノリシックCFD計算における）単一の塊の周囲のフローの計算に適用する。図９は、（フローの全体的収束に関連する連続性エラーにより定量化される）収束の比の比較を示す。フローを初期化する３つの方法が考えられる。第１の例では、速度は、室の中で最初にゼロである（「Zero  init」）。第２の例では、ブロックに近い境界を有する空間を有数ｒ空間初期化戦略を用いる（「Small  void  init」）。第３の例では、大きな空間を有する空間初期化戦略を用いる（「Large  void  init」）。グリッド内の要素は、全ての例において同じサイズである。塊及び空間は、各例において正確なセル数を占有する。したがって、空間が生成されるときバックグラウンドメッシュの微調整は実行されず、空間の周囲のフローで塊の周囲のフローの計算を初期化するときに挿入が必要ない。
【００９０】
「Zero  init」のグラフは一番上の線であり（最も高い連続性エラーを有する）、「Large  void  init」は中間のグラフであり、「Small  void  init」は一番下のグラフである。したがって、塊の計算のための初期データとして空間の計算からのデータを用いる２つの計算において、収束が早い。収束は、空間が塊の周囲によりしっかりと存在するとき、より良好である。
【００９１】
（２）固体の置換
簡略化全体モデルを生成するこのバージョンでは、コンポーネントは、バックグラウンドメッシュの範囲内の単純な固体により置換される。図１０に示すように、（場合によっては異なる熱特性を有する材料からなる）複数の部分を有する複雑なコンポーネントは、単一の「代表的」オブジェクトにより置換できる。バックグラウンドメッシュのための開始構成を生成するために、これは、（例えば、結合された熱転送計算におけるような）一部の熱特性を含むことができるが、有意に単純な形状を有する。詳細コンポーネントを置換するために用いられる固体は、コンポーネントがフローに及ぼす影響を捕らえるために、所与の実効熱特性である。CFDソルバによりサポートされる場合、バックグラウンドメッシュは、より単純な固体の形状に良好に従うために、該より単純な固体の周囲に適応され得る。
【００９２】
固定部分（大多数の例）では、境界条件ｕ＝０は、通常、コンポーネントが置換されるときに適用される。可動部分が必要な場合、ユーザは、境界条件を指定する必要があり、境界条件は、コンポーネントの詳細バージョンが使用されているか否か、又はコンポーネントの簡略化表現が使用されているか否かに関わらず同じである。
【００９３】
固体置換手順の利点は、複雑な熱的コンポーネントが遙かに単純なコンポーネントにより置換できることである。これは、計算で必要なメッシュが遙かに粗くできることを意味する。
【００９４】
（３）他の注釈
通常、バックグラウンドメッシュの品質は、結合されたシミュレーションを収束させるためコンポーネント間の相互作用をうまく捕らえるために十分でなければならない。これは、本発明の実施形態を用いてバックグラウンドメッシュ内の改良された開始フローを生成するときにも該当する。開始フローは、例えばバックグラウンドメッシュ全体にわたる均一速度特性よりも収束フローに関して悪化する可能性がある。これは、例えば、幾つかのコンポーネントが室の吸気口からの気流の方向と並行する線に配置され、障害物の存在に対し流量の影響の長い尾が存在する場合、例えば円柱の周囲のフローの場合、生じ得る。このような場合には、メッシュは、これらのコンポーネントを置換する空間同士の間の領域内で微調整される必要がある。
【００９５】
ここに記載する戦略が適用可能な標準的な例は、有限要素及び有限差分型の計算である。これら両方の例では、空間の近くのバックグラウンドメッシュの微調整が通常可能であるべきである。有限要素の例は、このような微調整が実行されるとき、空間の近くのバックグラウンドメッシュ内のセルのみしか変更する必要がないという利点を有する。有限差分の例では、グリッド間隔の微調整は、バックグラウンドメッシュの境界に伝わるにもかかわらず行われ得る（したがって、効率があまり良くないと予想される）。
【００９６】
上述のように、戦略を実施するための代替方法は、使用されているCFDコードによりサポートされる場合、粘性又は内部境界条件を用いることである。
【００９７】
＜本発明の実施形態の利点＞
複数コンポーネントのCFDシミュレーションでは、収束に達するために多くの反復が要求され得る。記載の実施形態は、バックグラウンドメッシュの中のフローの改良された開始点を自動生成させることができる。これは、シミュレーションの安定性を向上するとともに、収束に達するために必要な反復数を減少させる。
【００９８】
したがって、本発明の幾つかの利点は、次の通りである。
（１）安定性。バックグラウンドメッシュについてのCFD計算が実際のコンポーネントと同様のサイズの「一般的」オブジェクトの周囲のフローの特徴を広く含むと予想されるので、バックグラウンドメッシュ内のフローの開始点は、最終解により近い。したがって、（結合による）コンポーネントの詳細の導入は、より小さな摂動しか生じないので、結合反復の安定性が向上する。
（２）バックグラウンドメッシュ内のフローのおおまかな特徴は、ここで提案したアプローチの初めの推測に組み込まれるので、バックグラウンドメッシュにおける開始フローと最終てきに収束したフローとの間の差は、有意に低減される。
（３）（区間又は単純な熱的コンポーネントを用いた）バックグラウンドメッシュ内のフローの改良された開始点の生成は、シミュレーションシステムにより自動的に実行でき、ユーザからのいかなる入力も必要ないことを意味する。
【符号の説明】
【００９９】
Ｓ１  モデル準備
Ｓ２  メッシュ化
Ｓ３  境界条件
Ｓ４  ソルバ実効
Ｓ５  後処理
Ｓ１００  簡略化モデルを提供する
Ｓ２００  簡略化モデルを解く
Ｓ３００  開始値を提供するために簡略化モデルを用いる
Ｓ４００  CFDシミュレーションを実行する
Ｓ５００  GUIに基づくモデル生成
Ｓ６００  簡略化表現初期化
Ｓ７００  複数コンポーネントCFDソルバ
Ｓ８００  結果
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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