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記事詳細:Detailed Article

JARI Research Journal (2012~)環境・エネルギー/Environment & Energy

資料名 / Title

JRJ20150501 研究速報
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フリーソフトを活用した火災数値シミュレーション
Numerical Simulation of Fire Dynamics Using Free Software

山田 英助
Eisuke Yamada

誰でも無償で利用できるフリーソフトウェアは,専門性の高い科学技術計算の分野でも多用されている.それらの多くは,ソフトウェアの設計図であるコードが公開されたオープンソースソフトウェア(OSS)でもあり,能力があれば誰でも改変が可能である.最も有名なOSSであるLinuxは,改変および派生しながら世界中に普及しているオペレーティングシステム(OS)であり,科学技術計算に利用されることの多いスーパーコンピューター(スパコン)の基盤システムとしても運用されている.計算速度の世界上位500位までの9割以上のスパコンのOSとしてLinuxは利用されている.
数値流体力学(CFD)の分野で有名なOSSとして有限体積法をベースとしたOpenFOAMがある.燃焼反応を含む複雑な三次元の流体解析など汎用性の高い利用が可能である.コードはオブジェクト指向型言語のC++で構築されており,内容の理解および改変が容易になっている.
有限要素法をベースとした流体,構造,電磁気,熱伝導,音響などの物理現象を解析するOSSとしてElmerが有名である.ソルバー部分はFortranで主に開発されているが,Graphical User Interface(GUI)も同時に開発されており,ユーザーの利便性も考慮されている.
OpenFOAMやElmerなどで解析した結果は,適切に可視化することで理解が深まる.この重要な可視化の処理を実行できるOSSとしてParaViewが有名である.並列処理により巨大な3次元データの可視化が可能で,大規模並列計算の結果処理に貢献している.
他にも様々な科学技術計算用の優れたフリーソフトウェア,OSSが研究開発され,CAE(コンピュータ支援工学)で利用されている.現在は,OSを含めた科学技術計算に必要なソフトウェアをすべて無償で準備することも十分可能であり,CAEに関する費用を大幅に抑制することができる.コードが公開されているため,解析手法などの学術的な議論にも明確な判断がOSSでは可能で,商用ソフトウェアとは違った利用価値が提供される.
流体現象を非圧縮性とみなせる速度域(音速の約0.3倍以下)における火災現象を有限差分法(放射モデルは有限体積法)ベースで解析するOSSとしてFire Dynamics Simulator(FDS)が開発されている.直行格子のみしか扱えないので,複雑な形状を模擬することは出来ないが,火災による物体の消失や煙の挙動などが容易に模擬できる.また,専用の可視化ソフトウェアSmokeviewが,FDSの利便性を高めている.OpenFOAMやElmerのように汎用性は決して高くないが,火災現象の解析には有効なソフトウェアである.本研究では、FDS(Ver. 6.1.2)を利用して火災現象を模擬し,安全な試験手法の判断にFDSが活用できるかを調査した.
In the field of scientific simulation, the use of free software, which usually opens its source code, has been attracting attention recently. Free software is an effective way to reduce software-licensing costs. The Fire Dynamics Simulator (FDS), which is a large-eddy simulation (LES) code for low-speed flows including fires, is a successful open source project for scientific simulation. To perform fire experiments safely, it is important to predict the fire dynamics before the experiments. In this study, a bonfire test of high-pressure hydrogen-storage tanks is calculated with FDS. It was found that the temperature of the thermal-pressure relief valve at the edges of the tank rose when a wall and an entrance were placed properly around the tank.

種別 / Article Type

JARI Research Journal (2012~)

資料名 / Title

JRJ20150501 研究速報

発行年月 / Date of Issue

2015/05

分野 / Field

環境・エネルギー/Environment & Energy
ID:6767
 

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