計算格子の引き継ぎによる CFD 解析の高速化
214-138
1. 背景・目的

盛田

英雄

3.2 解析結果

近年、多数の解析ケースや大規模格子下での CFD 解

表 3、表 4、表 5 に収束判定条件ごとに格子④のみで析の活用が多く見られ、計算時間の短縮は大きな課題で解析した通常解析と引継ぎ解析について収束に至るまである。そこで、比較的計算時間の短い粗い格子での計算の解析時間を示す。
表 3. 解析時間[通常解析]

結果を段階的に細かい格子の計算初期に引き継ぐことで、収束判定計算時間の大幅な短縮が可能と考えられる。
本研究では、多段階格子による計算時間の短縮および4 時間 48 分 32 秒

10-5.58 時間 29 分 32 秒

5 時間 54 分 34 秒

10-6

11 時間 49 分 46 秒

8 時間 25 分 44 秒

析精度上の課題について知見を得ることを目的とする。て検討する。
2. 共通解析条件
本研究では㈱アドバンスドナレッジ研究所製
FlowDesigner2017 及び 2018 を使用する。解析条件を
表 1 に示す。
CFD 解析条件

乱流モデル

4、5 節 修正 L-K

表 4.

解析時間[引継ぎ解析]

収束判定
10 -5
10 -5.5
10 -6

格子①
3分07秒
3分36秒
4分15秒

格子②
4分49秒
8分03秒
36分59秒収束判定
10 -5
10-5.5
10-6

格子①
5分31秒
6分45秒
40分45秒

格子②
4分13秒
5分54秒
31分19秒

表 5.

格子③
格子④
合計時間
4分14秒
25分40秒
37分50秒
10分58秒
44分36秒 1時間07分13秒
15分45秒 1時間12分46秒 2時間09分45秒

解析時間[引継ぎ解析]
格子③
7分02秒
12分13秒
19分40秒

格子④
12分18秒
18分20秒
39分13秒

合計時間
29分04秒
43分12秒
2時間10分57秒※矢印は固定長表1

3 節 標準 k-ε

斜め風向 格子④

5 時間 41 分 30 秒

解析精度に関する検証を行い、適切な引き継ぎ方や、解本卒業研究では気流のみを扱う定常 CFD 解析につい

正面風向 格子④10-5

3 節 一様流

流入境界

4、5 節 α= 0.25 乗則

離散化

有限体積法

メッシュアルゴリズム

SIMPLEC 法

流出境界

構造格子
自由流出

移流項差分スキーム

QUICK

天空面・側面Free Slip

3. 単純形状モデルを対象とした引継ぎ解析

図 3 収束判定 10-6 格子④ 解析結果（Z=10m）（左）通常解析 （右）引継ぎ解析

3.1 解析概要

※矢印は固定長

本解析対象は(X) 10m×(Y) 10m×(Z) 20m の角柱モデルを使用（図 1 参照）。角柱を風向きに対して正対させた場合と 45 度傾けたモデルの解析を検討する。45 度傾けた場合は対角線の長さを 14.175m（≒√2m）とする（図2 参照）。格子は 4 種類用意して、段階的に引継いだ解析図 4 収束判定 10-6 格子④ 解析結果（Z=10m）（左）通常解析 （右）引継ぎ解析を[引継ぎ解析]とする。最も細かい格子（格子④）のみで解析した場合を[通常解析]とする。引継ぎ解析は通常

風速 m/s解析に比べてどの程度解析時間を短縮可能か検討する。
表 2 に格子詳細を示す。引継ぎ時における各段階の収束判定は 10-5、10-5.5、10-6 でそれぞれ統一する。
14.175m
風向120m一様流（格子①の場合）

図 2 角柱モデル（45 度風向時）
表 2 格子詳細（角柱モデル）

図 1 解析領域

軸方向分割数 (X×Y×Z)

計算格子数

軸方向分割数 (X×Y×Z)

格子①301,716（87×68×51）

449,955（101×81×55）

格子②
格子③

2.337.228
4,553,088（171×134×102）（213×167×128）

1,981,980
5,427,345（165×132×91）（231×185×127）（324×266×203）

は引継ぎ解析の後流域が少し短くなる傾向が見られた（図 3・図 4 参照）。次に斜め風向時の引継ぎ方を変更して解析時間の短縮を検討する（表 6 参照）。
表 6 解析時間

斜め風向(45度)

計算格子数

17,495,352

合は収束判定 10-5 のとき 90％、10-5.5 で 89％、10-6 で 74％
比較すると 10-6 の時は概ね一致したが、10-5、10-5.5 の時276m

格子④度短縮された。モデルを風向きに対して 45 度傾けた場程度短縮された。ただし通常解析と引継ぎ解析の結果を136m

正面風向(0度)

モデルを風向きに対して正対させた場合の計算時間は収束判定 10-5 のとき 90％、10-5.5 で 89％、10-6 で 74％程

11,473,407（297×237×163）

収束判定

格子①40分45秒

10 -6格子②

格子③31分19秒
1時間5分32秒
1時間5分32秒

10分58秒格子④

合計時間44分40秒

1時間56分44秒

38分52秒
43分37秒

2時間04分05秒
1時間49分09秒

3 通り試行した結果、格子②から格子④の二段階に格子を切り替えた場合が最も短縮でき、計算時間は 78％程度短縮された。

5. 実街区モデルを対象とした引継ぎ解析
5.1 解析概要
本解析は実街区モデルを対象とする（図 7 参照）。なお、実街区には大阪府の御堂筋の GIS データを使用して

4. 建物群モデルを対象とした引継ぎ解析いる。引継ぎ解析

4.1 解析概要
本解析は建物群モデルを対象とする（図 5 参照）。解析領域は(X) 2,100m×(Y) 900m×(Z)2,100m。(X) 75m
×(Y) 75m×(Z)50m の建物を 9 列×9 列に配置、中央のみ(X) 75m×(Y) 75m×(Z)150m の建物とする。引継ぎによる解析を行うための格子は二段階用意し、密な格子(格子④)よりも解析時間短縮を図る。

表 1075m（格子②）のみの解析時間よりも短25m75m縮を図る。表 7 に

図 5 建物群モデル

格子詳細を示す。
表7最も密な格子数

格子詳細（群建物モデル）
計算格子数

軸方向分割数 (X×Y×Z)

格子①1,368,900（130×130×81）

格子②5,002,738（247×247×82）

4.2 解析結果
表 8、表 9 に収束判定条件ごとに格子②のみで解析し

10-5

2 時間 01 分 06 秒

10-5.5

3 時間 24 分 09 秒

10-6

6 時間 46 分 23 秒

表 9.
収束判定

軸方向分割数 (X×Y×Z)

2,365,200（162×146×100）

格子②4,192,500（215×195×100）

格子③9,932,412（322×291×106）

格子④38,105,466（643×581×102）

段階的に格子を切り替えた場合の収束に至るまでの解析時間を示す。
表 11 解析時間[通常解析]

解析時間[通常解析]
格子②のみの解析時間

計算格子数
格子①

表 11、12 に収束判定条件ごとの格子④のみの解析と時間を示す。
収束判定

格子詳細（実街区モデル）

5.2 解析結果

た通常解析と引継ぎ解析について収束に至るまでの解析
表 8.

図 7 実街区モデルに示す。

75m

風向は 4 種類用意し、格子詳細を表 1075m

150mを行うために格子収束判定

格子④のみの解析時間

10-5

109 時間 35 分 59 秒

10-5.5

222 時間 29 分 22 秒

表 12 解析時間[引継ぎ解析]
収束判定

10-5
10-5.5

格子①

格子③

格子④

合計時間

8時間26分47秒 4時間16分50秒

格子②

5時間58分32秒

12時間32分52秒

31時間15分01秒

16時間53分34秒 7時間17分44秒

16時間21分40秒

収束に至らず解析時間[引継ぎ解析]格子①

格子②18 分 01 秒

合計時間

10-5

44 分 49 秒

1 時間 02 分 50 秒

10-5.5

1 時間 42 分 58 秒

1 時間 07 分 26 秒

2 時間 50 分 24 秒

10-6

3 時間 56 分 32 秒

1 時間 57 分 09 秒

5 時間 53 分 41 秒

風速 m/s
図 8 収束判定 10-5 格子④ 解析結果（Z=1.5m）（左）通常解析 （右）引継ぎ解析
解析時間は収束判定 10-5 の時 28％程度の短縮となり、※矢印は固定長

風速 m/s
図 6 収束判定 10-6 格子② 解析結果（Z=12.5m）（左）通常解析 （右）引継ぎ解析
計算時間は収束判定 10-5 のとき 48％、10-5.5 で 17％、10-6 で 13％程度短縮された。10-6 の通常解析と引継ぎ解析を比較すると、群全体の後流域に若干の差は見られたが、中央モデル付近は同等の結果が得られた（図 6 参照）。

10-5 の引継ぎ解析は解析領域の下流側の風速が少し強くなる傾向が見られ、もう少し計算を継続させるべき可能性がある（図 8 参照）。10-5.5 は収束に至らなかった。今後は収束判定 10-5.5 の解析につき収束性改善を試みる。
6. まとめ
引継ぎによる解析を検討した結果、解析時間の短縮が確認できた。今後は熱解析を含めた非定常解析への適用を試みる。
（河野研究室）