---

流体エネルギーの損失

小　　　　　　　大

図２　立方体背後のエネルギー損失の大きな領域

　水や空気などの流体は我々の身近にあり，それらの運動の性質を明らかにすることは，多方面の技術分野に貢献する。例えば，平板上に置かれた立方体は，非常に簡単な形状であるにもかかわらず，その周りの流れは，時間的・空間的に変化する非常に複雑な流れとなる。このような流れの研究は，地面の上に立つ構造物周りの流れの予測や電子機器の基板上にあるIC,LSIの冷却技術の応用に役立つ。そこで，平板上の立方体周りの流れの様子を計算流体力学を使って解析し，流れの様子を調べた。計算流体力学（Computational Fluid Dynamics:CFD）は，流れの様子を数値的なモデルを用いて計算し，流れの現象を研究する学問で，身近な例では天気予報などにも使われている。このシミュレーションでは，流れの速度は音速に比べて非常に遅く，密度が一定である非圧縮性流体を仮定している。

　さて，計算した流れの速度や圧力などの計算結果は膨大な量の数字の羅列であるため，これらの結果を理解できるように可視化処理する必要がある。ここでは，流れの空間的な様子を把握するため，ボリュームレンダリング法を用いて，渦と関係の深い全圧（非圧縮流体の持つエネルギー）の損失を観察した。また，流れは時間的に変化することが本質的であるため，時間軸に沿った可視化が必要になる。そこで，描画した各時刻の画像データを用いてアニメーションを作成してVTRに録画し，流れの様子を観察した。これは，流れの時間的な変化を理解するのに役立つ。図1には，計算・可視化に用いたハードウェアの環境を示す。図（ハードコピー）に示す計算結果を見ると，平板上の立方体周りには立方体を取り囲むように馬蹄形渦と呼ばれる渦ができ，時間的に変化せず安定していることが判る。また，立方体の背後で流れが巻き込んで大きく乱れている領域が見られ，ここは流体の持つエネルギーの損失が最も大きい（図2）。この後方では後流渦が成長し始め，これが馬蹄形渦と強く干渉することにより，馬蹄形渦の後端が周期的に左右交互（非対称）に巻き上がる様子が観察で きる。この巻き上がりの更に後方では，周囲の流体との混合・拡散が進み，流れは一 層複雑になっていく様子が判る。

　尚，本研究はNECとの共同研究であり，可視化環境の整備にあたりNEC情報システムズの松本氏にご尽力頂いた。