ANSYS CFXの中心的役割を担っているのは、連成代数マルチグリッド・ソルバーです。これは簡単に言うと、線形方程式を高速かつ確実に収束させて正確な解を導く技術です。
ANSYS CFXマルチグリッドの解法は、20年以上も前から改良を重ね、まさに何百万回ものシミュレーションに使用されてきました。その特徴は、次の通りです。
ANSYS CFX:Fast, Reliable, Robust, Accurate Numerics
グリッドの細分化 - グリッド・ノードの相対数
ナビエストークス方程式を高速かつ正確に解くことは、CFD解析の不可欠な要素です。ANSYS CFXは、連成マルチグリッド・ソルバー技術をベースとした独自の解法を採用し、既存のCFDを速度と安定性において凌駕しています。
ANSYS CFXソルバーは最も効率が高く強力なCFDエンジンであり、並列処理効率が高く、画期的なスムージングおよび粗大化のアルゴリズムを持っています。このソルバーに対しては積極的な機能検証が行われ、絶えず改良が加えられてきました。最近の機能強化点には、多相流や反応流などのような、複雑な流れのメカニズムの扱いなどがあります。
この結果、工学シミュレーションで必要性を増している大規模なメッシュに対して、大幅な実行時間の短縮を予測可能な形で実現できるようになり、プロジェクトの進行を早めることができます。
ANSYS CFXの卓越した並列計算能力と組み合わせることにより、自由表面流れを解く速度が飛躍的に向上しました。
多くのCFDコードでは、半陰解分離解法を使用しており、それぞれの方程式は順番に解かれます。この方法では、方程式間の直接の連成が無視され、遅れてのみ相互影響が考慮されるため、収束させるには多くの繰り返し計算が必要になります。また、この方法では連成が行われていないことから、グリッドの細分化に対する非線形性が一層低下する結果となります。
ANSYS CFXは、流体力学の方程式系全体を全グリッド・ノードにわたって同時に解くことにより、大幅な性能の向上を実現しています。この技術によって、収束までの繰り返し計算を大幅に減少させ、ロバスト性と信頼性を向上させたソルバーが生まれました。
この連成ソルバーは、すべてのタイプの問題に対して性能を向上させていますが、特に方程式間の連成が重要となる流れの場合に大きな威力を発揮します。そのような例としては、コリオリ項が大きい回転流、燃焼流、および圧力勾配の大きい高速流れなどが挙げられます。
ANSYS CFXソルバーの第2の重要な特徴は、マルチグリッド・アプローチです。ソルバーの連成機能が局所的な効果を処理し、マルチグリッド・ソルバーが長距離または波長効果を処理します。
この方法では、段階的な粗さを持つグリッドの階層を自動的に生成して、解に関する情報を計算系全体に迅速に伝播します。粗いメッシュの解を利用して、元の細かいグリッドでの解析を加速します。
また、粗いメッシュでの繰り返し計算は細かいグリッドでの計算に比べてコストが比例的に低くなるので、このような加速は経済的であることも明らかです。
メッシュの細分化に応じて、数値誤差が急速かつ確実に減少していくことは、必要不可欠な要素です。数値誤差は、対流、拡散およびソースなど主要な輸送項で発生します。ANSYS CFXの要素技術により、拡散に対する正確な局所勾配とサブグリッドのソース解像度を得られます。あらゆる産業で利用できる1次および2次の移流スキームが提供されます。ANSYS CFXは、デフォルトで2次精度の対流差分が可能で、かつロバストで高精度な唯一の主要商用CFDソフトウェアです。
ANSYS CFXソルバーは、高いメモリー効率を提供します。百万個の非構造四面体メッシュ要素の問題を、400 MB RAMで実行可能です。このソフトウェアでは、リソースの使用量と計算速度のバランスを動的に最適化し、利用可能なメモリーを効率よく使用しています。
工業CFDが対象とする問題範囲で安定かつ正確な答えを導き出すには、離散化手法に注意を払う必要があります。ANSYS CFXのデフォルトである“高解像度（High Resolution）”法は、このロバスト性、精度の両方を実現します。この適合的な数値法では、離散法を局所的に調整し、解の物理的な有界性を確保しながら、可能な限り2次精度に近づけます。結果はすべての物理条件、メッシュタイプおよび要素タイプに対して検証され、信頼性のある2次精度の解が得られます。
