計測エンジニアリングシステム株式会社

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COMSOL解析事例

COMSOL紹介( 導入/検討 )

計測

サブスク限定

食肉のオーブン加熱問題のCOMSOLベンチマークモデル

Meat Cooking Simulation

目的

COMSOLによる伝熱・水分拡散の解析検証

利用ソフトウェア

COMSOL Ver.5.6 基本モジュール
伝熱(固体)および 希釈種輸送

手段

下記論文との比較
E. Purlis, V.O. Salvadori:Meat Cookig Simulation by Finite Elements,2nd Mercosur Congress on Chemical Engineering,4th Mercosur Congress on Process Systems Engineering (2005).
(PDF) Meat cooking simulation by finite elements

解決上のポイント
COMSOL数値解

水分の分布と拡散流束の流線表示

CPU時間:1分40秒
実時間:4000秒の現象

中心軸上複数高さ位置での温度の比較

表面より内側部分の不一致は蒸発潜熱を考慮していないなどの理由が考えられる。 参照論文でも同様な結果である。

*該当のCOMSOLモデルファイルをご要望のお客様は下記よりご請求ください。

サブスク限定

遮音板のある矩形音響ダクトの入射音圧推定のCOMSOLベンチマークモデル

Incident pressure problem

目的

COMSOLによるシェル‐圧力音響連成解析
 1)矩形ダクト内のシェル‐音響連成検証
 2)入射音圧他解析解との比較

利用ソフトウェア

COMSOL Ver.5.6 構造力学モジュール
および音響モジュール

手段

下記論文による解析解との比較。
Abe,Y. et al.: Theoretical Study of Sound Insulation Simulations, IDETC/CIE2021(2021).

解析解
COMSOL数値解

CPU時間:18分(1Hzから10Hz間隔で2500Hzまで)
メッシュ最大寸法:3000Hzの波長の6分の1で固定

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サブスク限定

斜面を滑る車輪付き台車の時間変位計算のCOMSOLベンチマークモデル

Newtonian Mechanics

目的

COMSOLによる常微分計算機能の検証
 1)ニュートンの運動方程式の解析
 2)解析解との比較

利用ソフトウェア

COMSOL Ver.5.6 基本モジュール
グローバルODE計算機能を利用

手段

斜面傾斜角を変更
台車特性は固定し、変位に関する解析解との比較によって計算機能の検証を行う。

解析解

斜面傾斜角をθとして、台車の転がり摩擦係数をμ $^{\prime}$とすると、台車にかかる斜面方向加速度は次式となる。
𝑔$^{\prime}$=𝑔(sin⁡𝜃−𝜇$^{\prime}$𝑐𝑜𝑠𝜃)

台車の斜面変位は初期位置0,初速度𝑉0として次式で決まる。
𝑋(𝑡)=$\frac{1}{2}$𝑔$^{\prime}$𝑡2+𝑉0𝑡

COMSOL数値解
変位は移動メッシュで可視化できる。
ODE計算結果は理論解と一致する。

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サブスク限定

室内2次元等温乱流のCOMSOLベンチマークモデル

Indoor 2D isothermal tuerbulent flow

目的

2次元室内流れ場の乱流解析の検証
 1)低レイノルズ数k-ε乱流モデルの利用
 2)レイノルズ応力算出式の検証
 3)LDVによる実験値のある場での検証

室内流れ場(2次元定常を仮定)

メッシュ解像度を4通りに替えて計算。 
指数1(オリジナル)から指数4(オリジナルの4分の1の細かさ)にしている。

利用ソフトウェア

COMSOL Ver.5.6 CFDモジュール
乱流(低Re数k-ε)モデル

検討手段

下記の論文との比較。実験値と数値解が掲載されている。 
好村ほか:各種汎用CFDコードによる2次元室内流れ場を対象としたベンチマークテスト、空調調和・衛星工学論文集, No.144(2009).
https://www.jstage.jst.go.jp/article/shase/34/144/34_KJ00006793492/_article/-char/ja/

注意:掲載図から実測値を抽出。本書および付属mphの実測値は参考にとどめ、原典を参照すること。

検証結果 平均速度はよく一致。レイノルズ応力はほかのソフトウェアと同傾向にある。

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サブスク限定

音圧レベル合成のCOMSOLベンチマークモデル

Computation of Overall value of Sound

目的

複数周波数で採取した音圧レベルのオーバーオール値の算出
 1) 周波数領域での音圧レベルの合成
 2) 時間領域での音圧の2乗の時間平均値の算出
 3) 上記1)2)の比較
 4) COMSOL関数の動作検証

二音源のある圧力音響問題

周波数領域
 周波数100[Hz]から100[Hz]間隔で500[Hz]まで
時間領域
 周期1/500[Hz]を12分割した時間間隔で出力し、時刻1/100[Hz]までを計算。
 マイクまでの往復伝搬時間を過ぎたところから平均演算処理を実施。



利用ソフトウェア

COMSOL Ver.5.6 音響モジュール
圧力音響(周波数、過渡)インターフェース

理論

1.線形圧力音響を周波数領域で計算すると音圧レベルを算出できる。
周波数をf1, f2の二通りで得られたマイク位置の音圧レベルをL1[dB], L2[dB]とすると、合成した音圧レベル、つまり音圧レベルのオーバーオール値L[dB]は、𝐿=10log10($10\frac{L1}{10}+10\frac{L2}{10}$)[dB]として、計算できる。 

2.線形圧力音響を時間領域で計算すると音圧の時間変化を算出できる。
この場合、加振源では振幅を𝑝_0 [𝑃𝑎]としたとき、𝑝[𝑃𝑎]=𝑝0 (sin(2π𝑓1 𝑡)+sin(2π𝑓2𝑡))として圧力を振動させ、マイク位置で音圧の2乗の時間変化を算出し、dB換算をする。

検証結果 オーバーオール値はよく一致
利用関数 大変便利

solnum番目のデータにアクセス(Ctrl+スペースバーで検索可)
 with(solnum, expr)

式exprの時間平均値
 timeavg(expr,t1,t2)

式exprのmをLからUまで変化させたときの和
 sum(expr,var,L,U)

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