コンピュータさんとの共同生活

コンピュータさんに手伝ってもらってシミュレーションを行っていきます♪

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流体の流れ場を見る方法(2)

やっと、流体解析のプログラムができました(^^)
でも、まだ簡単な問題しか解けませんし、思ったよりも時間がかかるようです。

今回は
キャビティ流れ

のような左から右への流れ場があるとき、脇にあるポケット(?の部分)ではどのような流れ場になるかを調べてみました。

結果は、とりあえず3つです。もっと早い流れ場(レイノルズ数が大きく)になると、複雑な結果になるようです。

はじめは、レイノルズ数 10 の流れ場です。渦の中心が中央で、少し上のほうに位置しています。比較的、ゆったりとした流れです。
Re10


次は、レイノルズ数 100 の流れ場です。先ほどよりは、早い流れ場です。渦の中心が少し右に移動しています。
Re100


最後は、レイノルズ数 1000 の流れ場です。今回の中では一番早い流れ場です。渦の中心が中央に戻り、先ほどよりも下のほうに位置しています。
Re1000


本当なら次から流れが乱れてくるので面白いのですが、もう少し改良しないとダメみたいです。
[ 2005/09/22 16:33 ] 計算力学 | TB(0) | CM(11)
FEM
v-521ついに出ましたね「有限要素法FEM」

この図解の実験を私も気象学書で見たことがあります。私も言葉だけは聞いて知ってるも、それが何を表すのか知らないことが多く、FEMについても本を読んでるとたびたび出てきますから、いよいよ避けて通れなくなりました。

まずは概要だけでも掴んでみようと思います。電気工学でも「物」でできているわけですから、たとえば水力発電所のランナ(水車)の周辺を流れる水流とか、キャビテーションとか、機械工学の知識も必要になってきます。

目に見えない電気を扱うのが私の仕事でしたが、目に見えないといっても電気は材料の中を電気伝導するわけですから、物、材料のことを意識しなければならなかったです。時にはその材料の化学成分が人体にあたえる生理的影響も体験したものです。
[ 2005/09/22 21:36 ] [ 編集 ]
数値解析ソフト
この関係のものは、基本的には詳しい中身を知る必要はありません(^^) 「どんな事ができるのか」「苦手な問題は何か」は、実験結果と大きく違うときにはじめて考えても良いのではないでしょうか。最近は解析ソフトが本についてくるものも多くなって来ました。単純な、電場や磁場、そして、流体解析などは 試すことが出来るようです。最も、気象をシミュレーション出来るものは今のところ知りません... パラメータが多過ぎるため、高価なものとなってしまうのでしょう。
[ 2005/09/26 00:07 ] [ 編集 ]
電磁界解析
私も以前、電気学会に入ってた頃、電磁界の解析ソフトの紹介、広告が学会誌に載ってました。その解析ソフト開発会社の会員に登録しましたけれど当時は私に予備知識がない、パソコンがソフトに対応していない・・・などであきらめました。機械工学ですと材料に働く応力のシミュレーションもありますね。

気象についても私は詳細は知らないことばかりです。もともと観測の面白さと気象データを受信する都合や本職が通信でしたから、気象のほうでも観測と通信、観測機器の材料、特性、周波数応答などの自動制御理論に関心があります。
[ 2005/09/26 08:37 ] [ 編集 ]
Re : 電磁界解析
材料に働く応力のシミュレーションは今まで作ったことがあります(^^) ただ、気象のような流体解析はいままで分からなかった分野なので どこまで進められるかはわかりませんが 「気象は面白い」のでやめられそうにありません。

自動制御理論、見たことがあります。電気や電子、そして制御は興味があったのですが、どうも相性が悪いらしくほとんど手が付いていません。Ucanのような基本が分かるテキストがあったら...と思います。
[ 2005/09/27 08:35 ] [ 編集 ]
自動制御
フィードバック制御 これがよかったですね。伝達関数、周波数応答などは気象観測に関係大いにあります。その理論を知っていると観測データを見る目、見方、考え方が変わりますよ。もっとも天気予報を聞くためなら知らなくてもまったく支障はありません。

ブロック線図、ボード線図、ニコルス線図、折点角周波数・・・初歩の解析学と初歩の微分方程式、ラプラス変換だけで十分です。もっとも私も毎日数式を解いてるわけではありませんから、実際に解くときは「数学公式集」などを活用します。

工業高校時代に自動制御の授業が1年間ありましたが、先生は黒板にスラスラと微分方程式をたてて、それをスラット解いていかれ、私はノートに書き写すだけで精一杯でしたね。しかし考え方はその後10年以上たっても仕事でとった資格に自動制御の科目があったこと、その考え方が現場の実務で当たり前のように日々体験しましたからよかったです。

「読むだけで力がつく 自動制御再入門 日刊工業新聞社 ISBN4-526-05250-7」などいかが?
[ 2005/09/27 11:38 ] [ 編集 ]
Re : 自動制御
本の紹介、ありがとうございます。早速、近くの本屋にいって見てみたいとおもいます(^^) 実は、気象ではないのですが流体解析の可視化とフィードバック制御を組み合わせて、リアルな流れ場の可視化を行っているプレゼンをみたことがありました。興味はあったのですが、なかなか手を出しにくくて困っていたのです。ひよこぴよさんは、どのように制御と気象を組み合わせて気象をみているのでしょうか。
[ 2005/09/27 15:56 ] [ 編集 ]
気象測器の特性
v-521たとえば一番身近な温度計で考えてみますと、家庭用温度計は添付されてる説明書に、

「この温度計は開封して室内に2時間放置してから使用してください・・・」

と書かれています。たいていの家庭用の室内温度計はこのような説明書きが添付されています。室内は屋外より気温の変化が少ないですから、温度計を包装から解いて室内に曝してもすぐには室温を示さないのです。

「2時間放置してください」というのは、2時間もたてば温度計の温度センサーの温度がほぼ室温に等しくなる ということで、ちょうど電気回路の「積分回路」でコンデンサが充電されるときの積分特性と等しいわけです。なのでこの室内用温度計の「時定数」は20分程度でしょう。

つまり室温が10゜から20゜までステップ的に変化したとしたら、「時定数」が20分の温度計は20分後には約16゜にまで上昇するという反応をします。

気象観測用は国連の勧告で、「時定数」が1分に決められています。つまり気象台で使ってる温度計はものすごく敏感ということです。

同じことが風向風速計にも言えます。風は常に強弱を繰り返して「息」をしていますから、最大瞬間風速は風速計の特性に大きく左右されてしまいます。現在は0.25秒間間隔で測定されている瞬間値の最大値を最大瞬間風速としていますが、測器は改良されていきますから昔の測器と現在の測器で統計的に微妙に変化してしまいます。

どんな計測機器でも応答というものがありますから、「真の測定値」というのは ○○の条件の下で ということになります。とくに機械的に動く計測機器では「真の値」からの応答の「遅れ」、自動制御理論の「一時遅れ要素・・・」などを考慮してデータを見なければならない場合もあります。

私は長年観測をしてきましたから、たとえば顕著な寒冷前線通過でわずか10分間に気温が5゜以上も急降下することがありますが、レコーダーの記録を見て気温センサーの応答、時定数などに気がつくものです。
[ 2005/09/27 16:37 ] [ 編集 ]
時定数
なるほど(^^)
時定数って実際の測定器のそういうところを表すものだったのですね。言葉とグラフのイメージは知っていました。センサーで応答速度ってありますもんね。

今、「時定数」で検索したところ
http://www.m-system.co.jp/MameChishiki/96_98/9702.html
がでてきました。なるほど、なるほど。応答速度が速い機器は時定数が小さいのですね。
[ 2005/09/28 09:07 ] [ 編集 ]
エム・システム技研
v-521なんと ご紹介してくださったホームページ 「エム・システム技研」さんじゃないですか。私、この会社はよく知ってますし、ここの名古屋支店へ行ってエンジニアと対談したものです。

私の持ってる気象測器を、ここの会社の「信号変換機」を使ってレコーダーに記録できないか相談にお伺いしたものです。あの時(1999年)A5番で500ページで8分冊ぐらいの製品カタログをいただきました。

その後も数年にわたって検討しましたけれど健康上の都合で設計・製作はやめました。やめた頃に「気象庁・電子閲覧室」が公開されましたから、今度はこれを受信して表計算ソフトで自動受信・自動作図に変更しました。

ここのホームページの解説・・・私が高校で習った電子回路理論・電気回路理論・自動制御理論の入門版ですね。私は気象をしながらいつもこれが頭にあります。気象と電気工学は考え方がよく似ています。

1946年ごろ完成した真空管式のコンピュータである「エニアック」を開発したペンシルバニア大学のモークリーとエッカートの2人のうち、モークリー氏は気象学の専門家でもあった人ですね。

渦度・収束・発散は物理量が違うだけで電気磁気学の考え方そのものです。
grad div rot なんて習ったでしょ。∇「ナブラ」が出てきて最初は混乱したものですが、30年続けてると理解はしていないも意味はわかるようになってきました。

ここ2日、パソコンの調子がちょっとおかしい??? 電源を入れると2分後に自動的にインターネットに接続可能になりますが、昨日から起動時にエラーメッセージ表れ、手動接続しています。今日は気象情報受信ソフトが起動不能。
[ 2005/09/28 11:00 ] [ 編集 ]
知っている会社でしたか
偶然ですね(^^)
気象測器のデータを記録したいという考えはよくわかります。自動的に記録できれば、おおいに手間がかからなくなりますものね。

パソコン、調子が悪いのですか。また、OSのリストアとなるかも知れませんね。お疲れ様です。CD1枚で、全部インストールが終了するなら楽なのでしょうけどね。
[ 2005/09/28 14:26 ] [ 編集 ]
初めて強制電源OFF
v-521あれから気象情報ソフトが起動不能になり、気象情報会社へメールを送ってその返事に従い対策してみましたが、さらに症状は悪化し、パソコンの終了操作も不能になり、現在のパソコンに買い替えて10ヶ月たって初めて「強制電源OFF」しました。

このパソコンは「強制電源OFF」操作でもソフトスイッチが働いているようで、以前のWin-98のときのような不安はありませんでした。

何が原因かわからず、とにかく気象情報受信ソフトを削除して一応回復はむしたものの、その旨を気象情報会社に伝え、いまのところ正常です。

OSの再セットアップは、私のパソコンはビジネス仕様のため「再セットアップ専用CD-ROM」が1枚添付されていて、この操作は不自由ないのですが、そのあとのインターネット・メールの設定、プリンタなどの周辺機器のドライバインストールが手間なんです。全ての作業は早朝に開始して夕方には終わりますけれど、精神的にもよくないですね。
[ 2005/09/28 19:33 ] [ 編集 ]
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プロフィール

貴樹

Author:貴樹

最近、SolidWorksという便利なCAEツールが広がっています。 天気予報も数値予報が重要ですよね(^^)ok
コンピュータを利用したシミュレーション技術が重要になってきているのですが、理解するためのキホンを知るために、この場をお借りしたいと思ってます。
久しぶりに、CAEのキホンである有限要素法でプログラム作成してみようかなぁ(・・)


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