アプリケーションベースのバーチャルプロトタイピングの利点• 全社での一元的なアプローチ• 設計者や技術者がアクセス可能な、専門的な数学的モデリングの知識• 物理特性に基づく解析に根差した意思決定• 高い費用対効果アプリケーションの管理、開発、使用• 管理者は COMSOL Server ™を使ってアプリケーションを配備、配布、管理可能• ユーザーは COMSOL Server ™に接続し、ブラウザ又は COMSOL Client からアプリケーションにアクセスしてマルチフィジックスな解析を実行• アプリケーションはクラスタコンピューティングに対応• 24 時間いつでも世界中からアクセス可能天然ガスの定期保守作業では、主要な道路を掘って丹念に調べることが必要なため、その道路を使用した運転手たちに複雑な回り道もしくは裏道の使用などを強要することもしばしばあります。しかしもしガスパイプラインの修理や取替作業が、より効率的で上記のような強要が少ないプロセスが可能だとしたらどうでしょうか。米国ガス技術研究所（GTI）の天然ガス研究・開発・訓練主任は、より便利なパイプを作る目的で、ガスパイプラインのスクイズオフ（遮断）に関する長さの業界基準の研究を行っています。

Öどれくらい近くでスクイズオフ（遮断）が可能かイリノイ州に拠点を置くGTI は、最先端エネルギーや天然ガス技術に取り組む研究・開発組織です。この研究機関の一つが、ポリエチレン（PE）製ガスパイプラインのスクイズオフの距離の研究を行っています。スクイズオフは、ガスの流れを完全に遮断するためにパイプを圧縮する単純な作業のように見えます（図1 参照）。この仕組みは、保守点検を行うために一般的に行われる方法であり、全システムを停止することなく、パイプの接合部分を交換することが出来ます。
スクイズオフの作業後、パイプはほぼ元の形に戻り、ガスの流れは復旧します。
パイプラインの材料として使われるポリエチレンは、柔軟性があり変形や歪みに対して強く、腐食がない上、可溶性で均質な性質があり、厳しい環境条件に強いない。” とシニアコンサルタる水質レベルと油タイプに対応するメッントでプロジェクトマネーシュをデザインすればよいのでしょうか。

ジャーの Orlando Silva 氏その答えは、あらゆる流出油の状況には語ります。“もしくは、継対するメッシュの特性、それのベストな組続的に油を回収することでみ合わせを探すことにあります。チームきる抽出専用ポンプが備は最大限の油を回収可能な最良な設計をわった容器を設置すること探すべく数多くのシミュレーションを実施もできます。様々な稼働状しました。

況に合わせることができまたちは、流出油の回収装Öメッシュのデザインにより油の流動が受ける影響とは？

置のデザインを決定していたとえば、ある程度おおまかなスタートは通り抜けるようになっています（図 1 参る R&D のエンジニア達、研究を行っていラインが分かっていたとしても、今まで誰照）。メッシュ穴を通る油の流動率は水のる環境関連企業、そして大規模な問題をも到達したことがない問題の解決策を模す” と彼は続けました。“私深さ、油の性質（これは油がどこで回収迅速に解決しなくてはいけない石油会社索することは、まるで干し草の中の縫い針されたかにより左右されます）、そして金に対して何かを提供したいと願っていましを探すようなものだ、と感じてしまいます。

属上のコーティングに関係しています。

た。”しかし数学的なモデリング技術は、その“水と油の分離は、効率的な選択肢とい疎水性メッシュの回収方法に関して 1プロセスを大いに単純化してくれます。

うことに加えて、回収処理で別費用がかつの課題が浮上してきました。液体の高Amphos 21 社のパートナー及びモデかってしまう流出油のリサイクルプロセスさです。ある程度の海の深さでは、静水リング・ソリューション・ディレクターでを省略できる可能性があります” Amphos圧は “突破口” レベルに達し、水がメッシュあ る Coene 氏、Silva 氏、 そ し て Jorge21 のコンサルタント、Emilie Coene 氏はを貫入し、回収容器内に入り込んでしまMolinero 氏 は、COMSOL Multiphysics®

語ります。“連続運転で使用されるこれらいます。もし回収油の中の水がある一定ソフトウエアを使用し、疎水性メッシュののメッシュは、大変清潔で、素晴らしい量以上含まれていると、油を再度使用すシミュレーションを実施しました。多種多潜在的な回収効率と処理能力を備えているための追加処理が必要となってしまい様な設計メッシュが異なる水の深さでどます。”ます。

のように機能するのかを分析し、メッシュ疎水性メッシュは、油の流出防止用とメッシュの保存特性とは、油―水と水してデザインされた道具と並行して使用―空気の表面張力とメッシュ表面上の水メッシュの機能性は、油の回収率およされます。例えば、流出油の周囲に設置と油の接触角の機能のことを指します。

び回収した油の純度により評価されます。

したブーム、メッシュ、そして回収容器はメッシュ表面のコーティングには撥水性素このチームのモデリング作業は、メッ直接流出油の中に設置され、油の回収を材が含まれていますが、ある水深に達すシュをコーティングしているポリマーの機実施します（図 2 参照）。回収された油るとそれが機能しなくなってしまいます。

能性と異なる水深でのメッシュの機能性の機能への影響要因を評価しました。

は 1 方の側面から他の側面に向け、メッメッシュを通る水と油の流れは、 粘性、をテストし、様々な油の種類におけるそシュの圧力を正確に調整しながら、一定濃度、油の種類によって変化する表面張れぞれの流量の分析を行いました。

間隔で容器からくみ上げられます。力などの液体特性、そしてメッシュの多孔“海中に設置され、油で満杯になると性や浸透性などにより左右されます。

それぞれのジオメトリが油の流動にどのように影響するかを解析するため、メッ回収されて空になる大きなシリンダー型これらを 考 慮しつ つ、Amphos 21 のシュワイヤの半径、メッシュ穴のサイズその容器（メッシュ）を想像してみてくださチームはどのようにして、このような異なして間隔についてパラメータ化を実践しました。COMSOL® ソフトウエアを使用し、水と油の流れによって作られる二相流の連成多孔質媒体としてメッシュを概念化しました。その後 Coene 氏、Molinero 氏、そして Silva 氏は、油飽和率レベル、水と油それぞれの流動率、メッシュを通過した油と水の割合を算出することが出来ました。（図 3、左と中央参照） “これらの結果は、ある特定の奥行きで使用するメッシュの細孔の半径サイズを確定する際に大変重要となりました” と Molinero氏はコメントします。
最適な油の流動と最適な水深の相互関係を研究した後、彼らは細孔解析を実践するため、最大の水の割合―油と水の混合水で油処理が不要となる最大水量―を基にそのモデリングを活用しました（図 3右、参照）。
“そのモデル結果を用いて、細孔サイズが異なるそれぞれのメッシュについて、理想的な油の純度になるための油の流動と最大の水深データを得ることが出来ます” と Coene 氏は語ります。“例えば、少なくとも水深 50cm で最大 1％の水の混合率のメッシュにて作業希望と設定します。すると、そのためのメッシュの細孔
半径サイズが表示されます。”せんが、期待するに十分の値を得ることが出来ると思っています」と Mike 氏は説明します。これらの差異の考えらえる理由としては、最終的な結果に影響を及ぼす可能性があるソルバやメッシュのアルゴリズムを現場でどのように作り、コンパイルしたか、ということが挙げられます。
COMSOLが開発したApplication Builder「Model Tester」のリリース以前に Mike 氏は、COMSOL に搭載されているApplication Libraryからサブセットを選択し、同様の方法で検証プロセスを自動化するカスタム MATLAB® ソフトウェアを開発し、そして現場にて実装、展開し、結果を比較しました。この開発はボストンで開催された COMSOL カンファレンス 2015 の論文に発表されました。
Mike 氏が開発したカスタム MATLAB® ソフトウェアプログラムは、COMSOL により提供されたモデルとドキュメンテーションの結果と現場での実際の結果を比較し、その差異を報告するとともに、許容範囲を超えたケースがあることが報告されました。Mile 氏のこの新しいアプローチを使用して ORNL は、数か月かかる検証期間を数日に短縮することができました。
Jim 氏は COMSOL、そして DOE プロジェクトに携わるほかの施設の人たちとこの Mike 氏の成果を共有することを熱望しました。この知識の共有は、COMOSOL の CTO（最高技術責任者）である Ed Fontes 氏との話し合いにまで発展しました。内容は、Application Library に含まれ、すべての顧客が容易に COMSOLMultiphysics® のインストールを検証することができるアプリケーション開 発 につ いてで す。このような 検 証テストは COMSOLMultiphysics® の開発においては毎晩数百のモデルでテストされていると、Ed は述べました。彼は喜んでこのプロジェクトの開始に合意し、次のように述べました。「このアプリによって、顧客は一連のモデルを実装し、温度や電位などいくつかの物理特性の結果を、製品説明書（および Application Library）に記載されている数値と比較し、テストが完了した時点で自動的に報告書を手に入れることができるようになるでしょう」（図 2 参照）。1 つの円柱ではなく、5 つの独立した非対称形のシェルからなる点で革新的でした（図 2）。このモジュラーの設計により、磁場コイルを交換し、さまざまなダイバータの構成をテストすることが可能となります。ダイバータは、トカマク装置から核融合の灰を除去するための排出装置として稼働する部品です。プラズマを制御している磁場による閉じ込めをイオンがくぐり抜けてしまったときには、ダイバータがこれらのイオンを集め容器外に導きます。
このモジュラー容器は、核融合の発生に必要となる高度の熱流束と磁場だけでなく、プラズマ崩壊にも耐える必要があります。プラズマ崩壊は、プラズマが拡散したときに生じ、真空容器のシェルにかます。」図 3 は ADX の円環状対称性磁場停止し、1 ミリ秒の間に全電流を失うとかる負荷のもう一つの源となります。

モデルのジオメトリで、真空容器、プラいうものです。崩壊するプラズマの周辺「考案された ADX 容器の設計を評価すズマ、そしてプラズマを平衡状態に保つにある磁場が急激に変化することで、真るため、私たちは COMSOL Multiphysics®

ために必要なポロイダル磁場コイルが示空容器のシェル内に渦電流が発生しまソフトウェアを使って数値シミュレーショされています。

す。渦電流が、ポロイダル磁場と、トカンを実施し、プラズマ崩壊によって生じる垂 直 方 向 プ ラ ズ マ 消 滅（ v e r t i c a lマク装置でプラズマを閉じ込めているより磁場、渦電流、ローレンツ力の予測をしdisplacement event、VDE）と呼 ば れる強力なトロイダル磁場とを横切るときに、ました」と Doody 氏。「その後、算出しプラズマ崩壊の最悪のシナリオは、150容器に対してローレンツ力が働きます。

た負荷を、この容器のまた別の構造モデ万アンペアの電流を帯びたプラズマが上VDE においてはプラズマが容器の壁近ルに取り込んで、応力やたわみを予測し方に向かって漂い、10 ミリ秒後に移動をくにまで接近するため渦電流の規模がより大きく、そのため VDE が ADX の計算モデルのテストケースとして選択されます。図 3 は数値モデルから算出された渦電流の分布を示しています。トカマクのトロイダル磁場によるローレンツ力を検討するために 2 つ目のモデルが開発されました。ADX の 1 つ目のモデルには、 ポロイダル磁場のみが含まれていました。

ÖADX の真空容器を強化するためにプラズマ崩壊により、ADX の壁、特にVDE の間は真空容器の上部及び下部のポケットの壁に対して、強力に働くローレンツ力が生成されます。図 4 に示した ADX容器の構造モデルでは、最上部と最下部の境界が容器カバーと接しており、シミュレーションの間に移動させることができません。容器にかかる、ローレンツ力に応図 4. ADX の構造モデルのジオメトリ（上列）。紫色の境界は構造が固定されている箇所を示す。
応力及びたわみのシミュレーションをした結果、この設計には構造の強化が必要であることが示された。下列のモデルジオメトリでは、ADX の設計に追加されたサポートブロックに応じて新たに固定された境界が示されている。

じた負荷は、関連した境界にかかります。
このテストケースでは、150 万アンペアのプラズマ電流とトロイダル磁場の強度 6.5テスラという条件で稼働するトカマクでのを安定化させるため、 図 4 の下の列にして活用される核融合装置になることでローレンツ力を測定しました。

示した通り、もう一つ別の境界を固定さしょう。モジュラー容器の部品は Inconel 625せるサポートブロックが追加されました。

で作られています。Inconel 625 はニッケサポートブロックを追加した設計をシミュルをベースとした合金で、電流に対し高レーションした結果、応力と壁のたわみい耐性を持ち、渦電流を最小限に維持しが顕著に減少し、プラズマ崩壊を耐え抜ます。この素材の降伏応力は 460 MPa でく安定した真空装置が、ADX の稼働を支すが、ADX の設計基準には、容器の壁えることが示されました。

には、 降伏応力の 3 分の 2 の値である306 MPa を超えるストレスがかかるべきではないと明示されています。

Ö 核融合の次のステージ、そしてその先数値シミュレーションは、設計の修正シミュレーションに導かれた ADX の設なしでは VDE によるローレンツ力が降伏計は、PSFC での安全で確実な稼働を確応力値に迫る大きな応力につながり、構かなものにする手助けとなり、ADX は核造体に 1 センチメートルのたわみを生じ融合炉に必要なダイバータの概念をテスさせることを示しました。真空容器の壁トするための研究開発プラットフォームと