活用事例インタビュー― ソフトウェアクレイドル

Tomo技術士事務所 様

ファンのプロフェッショナルが開発に活用
特殊な現象や超音波解析にも取り組む

ファン開発やCFD技術のコンサルティングなどを行っているTomo技術士
事務所の業務において不可欠なのが、ソフトウェアクレイドルの熱流体解析ツール「SCRYU/Tetra」だ。長年あらゆるファンの研究開発に実験とシミュレーションの両面から取り組んできたという同事務所の友廣輝彦
氏に、最近の解析事例や、CFDツールへの期待を聞いた。

Tomo技術士事務所
設立
事業内容
代表者
所在地

2011年4月
送風機の研究・開発・設計に関するコンサルティング
コンピュータによる流体解析に関するコンサルティング
友廣 輝彦
奈良県生駒市Tomo技術士事務所は、ファン開発を専門にしながら、その知識を生かしてCFDの技術コンサルティングなども行っている。同事務所の友廣輝彦氏は「CFDは様々な場面で使用されており、とりあえず解析結果を出すことは可能です。ですがその結果をどう分析するかにはノウハウが必要。そのためのアドバイスも行っています」と語る。そのことから講演や勉強会などで、CFDの使いこなし方などもレクチャーしている。
友廣氏は約30年間パナソニックに勤めたのち2011年に独立し、Tomo技術士事務所を開設した。
パナソニック在籍時には、様々な送風機の研究開発および各種CFDによる解析に従事した。軸流ファンや遠心ファン、クロスフローファンなどの空力性能や騒音性能について、試作、実験とCFD解析の両面から取り組んできたという。関わった商品はエアコンや石油ファンヒーター、調理機器、燃料電池など多岐にわたる。またファン設計のためのソフトウェアの開発経験もあり、ソフトウェアへの造詣も深い。独立後はこれらの経験をベースにしながら、ソフトウェアクレイドルの非写真1

Tomo技術士事務所
技術士（機械部門、情報工学部門）
友廣 輝彦 氏構造格子系熱流体解析ソフトウェア「SCRYU/Tetra」を駆使して業務を行っている。なおパナソニッ
ク社内では、ソフトウェアクレイドルが販売を開始した当時に構造格子系熱流体解析ソフトウェア「STREAM」 の ユ ー ザ ー であり、2000年頃、ファン解析が実用的になり始めたときには本格的にSCRYU/Tetraを使い始めたそうだ。

性能が予測できないクロスフローファン
友廣氏は現在、プロペラファンなどベーシックなファンの開発に加え、特殊なファンとなるクロスフローファン、また流れ場中の超音波の伝播シミュレーションと言ったことにも取り組んでいる。
図1はプロペラファンのシミュレーション結果だ。プロペラファンの近年のトレンドとして、翼端にできる渦がファンの性能や騒音にも影響しているということで注目されている。③番の図では、翼端渦がとくにはっきりと確認できる。
友廣氏が取り組むテーマの一つが、クロスフローファンだ。これは家庭用エアコンなどで使用される細長い円筒状のファンで、幅の広い風を送ることができる。通常の遠心ファンとは異なり、円筒の内部を

図1 プロペラファンの解析例
近年、翼端渦の生み出す性能低下や騒音への対応が注目されている

活用事例インタビューもたっているため、経験的に性能のよいファンは生まれている。だが、なぜそれがよい設計であるかは明らかではないのだ。
なお友廣氏がパナソニックに入社して最初に取り組んだのがクロスフローファンであり、内部流れ計測の経験もあるという。プロペラファンやターボファンには、各部の寸法や角度、羽根の枚数などさまざまなパラメータをどうすればどのような性能が得
図2

クロスフローファン羽根車を二回通過する貫通流れと偏心渦が特徴られるか、定性的に予測できる。だが「クロスフローファン自体が非常に特殊なので、空気が通り抜けられるようになっている。エ

筒内部に流れ、一部では外部に出ていく

あまりきちんとした研究はされてきませんでアコンの前面や上面のグリルを通じて取りという流れができはじめる。はじめは複数した。現在のところ、羽根車やケーシング込まれた空気は、羽根車の上側から羽根をの場所で流れが強くなるが、次第にそれぞなどの形状だけからの性能予測はほぼ不可通って円筒の内側に入り、内部を通過したれの流れは合体して最終的には1つになり、能と言ってよいでしょう。ですが研究を進めのち、再び下側の羽根を通って外に出ていそれが羽根車の周りを羽根車の回転より遅れば、より理論に基づいた性能予測は可能く。このような貫通流れと内部にできる偏心い速度で回るという現象が観察される。になると考えています」と友廣氏は話す。

渦が特徴で、空気が羽根車の内部を横切るためにクロスフローファンと呼ばれる（図2）。

このようにクロスフローファンは本来、何流れ場における超音波を予測するもないところで回すと特徴的な流れを作る
クロスフローファンの特殊さについて、 ファンであることがわかる。言い換えれば、ファン以外にも興味深い例として、友廣

友廣氏は「プロペラファンやターボファンはこのファンが生み出す流れ場は不安定であ氏は流体解析ツールを使った超音波の伝理論的な設計方法が確立されています。でるともいえる。この周囲にケースを取り付け播の解析も行っている。超音波を扱うシミュ

すがクロスフローファンにはそのような理論ることで、エアコンとしての安定した流れをレーションツールは以前からあるが、流れはありません」と語る。つまりクロスフロー発生させているのだ。このような現象が起のないところ、とくに固体中の伝播を扱うファンを使ったエアコンは各社から販売さこっているということも、CFDツールを使えものがほとんどだった。流れ場における音れているが、現状は試行錯誤に基づいて設ば容易に推測することが可能だ。「実際に波の伝播解析ツールは、友廣氏が超音波計されているということだ。

羽根車を回しても、風が来たり来なかった解析を始めた当時はほぼなかった。だがりという現象が観察されるだけです。はじ音は空気の粗密波であることから、市販のクロスフローファンの羽根車単独で流れめたくさんの渦ができ、やがて一つになり、CFDツールでも圧縮性流体の解析で基本のシミュレーションを行った結果が図3だ。

かつそれが回っているということは、単に的に解けるはずだと考え、取り組みをスター無風で静止した状態から羽根車を回し始め現物を回していてもわからないのです」（友トしたという。

ると、やがて渦ができ、一部では空気が円廣氏）。もちろんエアコンが生まれて何十年

図3 クロスフローファンを単独で回した場合の流れ場の変化
はじめに円筒外に出ていくいくつもの流れが起こるが、やがてそれらは合体して１つになり、周囲をファンの回転速度より遅い速度で回る

活用事例インタビューととして、大規模計算への対応やAI活用を挙げた。大規模計算が増えてきていることについては、「何千万、何億といったメッシュ数になっています。読み込みや書き出しだけでも大変になり、ハードの能力さえ上げれば対処できるという状態ではなくなっていくでしょう。そのあたりは新しい手法を取り入れていく必要があると思います。また解析結果は圧縮しても差し支えないケースもあると思います」（友廣氏）。
また友廣氏は、AI活用による解析データ
図4

流体中で超音波が伝播していく様子
超音波の周波数は40kHz、非定常解析
超音波の発生は、振動する壁面領域に流体の流入と流出が生じるという条件で与えている取り組んだ理由として「流れの中を伝るようなプログラムでなければ精度は出ま分析の効率化への期待も語った。「ファンやダクトの流れ現象においては、抵抗や損失を減らしたいという話がよく出ていきます。
過去の多くの解析例を学習することで、新わることにより超音波がどう変化するのか、せん。ですがある程度定性的には得られるたに得られた解析結果データから損失の大あるいは流れが変化すると超音波にどのよかなと考えています。まだ使えるとは言いきい領域を抽出して表示したり、損失の発うな影響が出るのか、実験だけではなか切れませんが、実用には足りるようもって生原因によって色分けしたりすることがでなか分かりませんでした」と友廣氏はいう。

いきたいですね」（友廣氏）。

きれば、開発現場の設計者にとっては非常に有効です」（友廣氏）。

「シミュレーション精度との兼ね合いになりますが、傾向としてこういった流れの変化業務では十分な機能と精度現物が分かる人がより増えればがあれば、超音波の伝播がどう変わるかなど、定性的な部分で使えるようにしていきたいですね」（友廣氏）。

友廣氏はSCRYU/Tetraの業務への貢献度について、「少なくとも自分の業務範囲でまた友廣氏は、ソフトウェアベンダー全は、十分な機能と精度を持っています」と般に言えることでもあるものの、実際の設図4は四角い壁に囲まれた気体中で超音話す。独立の前は実験もシミュレーション計現場や実験の経験がある人をもっと増や波が伝播していく様子の圧力コンター図にも行うことができたが、現在は実験環境はしてほしいと要望を語った。「ソフトウェアなる。ここでは流れのない状態で解析してない。そのためアイデアを検討したり、顧のユーザーにとって、アドバイスをくれるベいる。超音波の周波数は40kHzで非定常解客への提案といったときには必然的にシンダーの人はシミュレーションの専門家で析である。超音波の発生条件として、振動ミュレーションを使用することになる。そうあることに加えて、実際の実験や設計の経する壁面領域から、流体の流入と流出が生いう意味では非常に役に立っていると友廣験があるかどうかは非常に大きいです。設じるという条件を与えており、伝播・反射・氏はいう。

計現場との意思の疎通がうまくいきますし、ユーザーからすればアドバイスの重みが違回折などがうまくシミュレーションできていなおソフトウェアクレイドルはポリヘドラいます」（友廣氏）。またユーザー側の人ルメッシュを採用した新熱流体解析ソフト間であっても、社内で専門にシミュレーショCFDツールにおける超音波のシミュレーウェア「scFLOW」の提供を2016年11月にンだけを行っている人もいる。「そういう立ションの難しさは、「ある意味特殊な使い開始した。「今までと同じモデルに対する場の人に対しても、現場を知っている人たることがわかる。

方をしているため事例も少なく、何が正し解析結果はscFLOWでも同じように出てほちのアドバイスは非常に役に立つでしょう」

いかの判断が難しい」（友廣氏）ことだとしいというのはありますね」と友廣氏はい（友廣氏）。

いう。市販のCFDツールで音の解析が行わう。「いずれはscFLOWに衣替えする形になれ始めたのは2000年より後だった。それ以るので、うまく引き継げるよう大いに期待

前は音を解析したいと言っても、ベンダーしています」（友廣氏）。

大規模計算やAI活用への期待もの進化への期待を聞くこともできた。ソフトウェアクレイドルはその期待に応えるべく、「流れに比べて音の圧力の変化は非常に小さいので、その変化をきちんと捉えられり組むTomo技術士事務所。興味深い事例を聞かせていただくとともに、ソフトウェアの対応は「そういった使い方をするツールではない」といった雰囲気だったそうだ。

ファンを中心とするあらゆるテーマに取友廣氏はCFDツールの進化へ期待するこ絶えず機能革新を続けていく予定だ。

関連製品のご紹介

SCRYU/Tetraは複雑な形状の熱流体解析を簡便に行うことをコンセプトに設計したソフトウェアです。多くのCADネイティブデータを含む形状データに対応するインターフェースを備えており、条件設定においても、ウィザードに従い、対話形式で設定していくだけとなっています。また、従来難しいとされていたメッシュ作成においても、自動化、高速化などさまざまな工夫が施されたメッシャーを有しており、初心者の方から解析専任者の方まで、多くの方にご利用頂けます。

STREAMが採用する直交構造格子は計算用格子作成が非常に簡便で、高速に演算ができます。微小な曲面や斜面を忠実に再現しなくても全体の流れを検討できる対象物において、最大のパフォーマンスを発揮します。また、離散化手法として多くの熱流体解析で採用している有限体積法を用い、1000万要素の解析でも約5.5GB程度のメモリで計算が可能です。さらに、VBインターフェースやテーブル入力型の関数登録など、お客様用にカスタマイズできる機能も充実しています。

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株式会社ソフトウェアクレイドル
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Email: info@cradle.co.jp ｜ Web: www.cradle.co.jp© Software Cradle※SCRYU/TetraとSTREAMは、日本における株式会社ソフトウェアクレイドルの登録商標です。
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