画期的なエネルギーイノベーション

 

世界のエネルギー需要が年々増加すると同時に、気候変動に対する懸念から、排ガス規制の厳格化が進み、将来のすべてのエネルギーシステムを環境に配慮して設計するよう求める声が高まっています。漸進的な設計改善の余地が小さくなるなか、こうした厄介な課題に取り組むには、画期的なエネルギーイノベーションを早急に進める必要があります。

イノベーションによって、製品の複雑化が進み、検討すべき設計案が大幅に増えています。このため、エネルギーの生産および消費方法を改善するには、エネルギーシステムのシミュレーションが必要不可欠になっています。

ANSYSのシミュレーションソリューションは、現在および将来のエネルギー問題を解決する効率的な持続可能エネルギーシステムの設計を支援します。熱・電気・構造・流体・システムエンジニアリング向けの当社独自の様々なソルバーを使用すれば、あらゆるエネルギーアプリケーションに対応する部品やシステムを設計することができます。改良型の工業用タービン、燃料効率に優れた内燃機関、長寿命のバッテリー、電気自動車用の無線充電装置、高効率のソーラーパネル、安価な風力タービンの開発に取り組んでいるエンジニアは、ANSYSのソリューションを使用することで、設計の迅速化と製品の市場投入期間の短縮を図ることができます。

エネルギーイノベーションを突破:野望と緊急度を

シミュレーション主導の製品開発による 持続可能エネルギーの画期的イノベーションの実現

画期的なエネルギーイノベーションに エンジニアリングシミュレーションが欠かせない理由

ウェビナーシリーズ
 
機械および燃料効率

機械および燃料効率を向上させるには、連動するすべてのシステム部品の性能を最適化する必要があります。たとえば、ポンプ、モータ、荷重は、始動時および作動サイクル全体を通じて最大効率で機能するように、すべて調和させなければなりません。設計上の課題は、その際に生じる複雑で矛盾することが多いエンジニアリングトレードオフのバランスをとることです。この設計プロセスにはエンジニアリングの経験が不可欠であり、最終的な検証では物理試験を行う必要がありますが、開発サイクル全体で高度なエネルギー効率シミュレーションを行えば、設計プロセス全体の高速化、効率化、信頼性向上を図ることができます。機械および燃料効率のシミュレーションにより、新製品の開発を迅速化しつつ広範な動作条件下で機械の性能を確保するのに必要な詳細な知見を得ることも可能です。

ANSYSでは、機械および燃料効率の向上に貢献すべく、様々なアプローチを展開しています。当社は、モデリングから、メッシュ生成、解析、ポスト処理まで、シミュレーションプロセスのあらゆる段階でイノベーションを起こしています。さらにANSYSは、ジェットタービン、ポンプ、ICエンジンのシミュレーションに取り組んでいるエンジニアが可能性の限界を広げ、製品の性能と効率を最大限に高めることができるよう支援しています。当社では、迅速かつ正確な燃焼シミュレーション、忠実度と精度を高めるマルチフィジックスシミュレーション、組込みソフトウェアコードの自動生成、すべての部品の相互作用を特定できるシステムシミュレーションをサポートしています。

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熱の最適化

多くの消費財設計者、産業機器メーカー、建設プロジェクトマネージャーは、熱を最適化してエネルギー効率を高めることを目指しています。グリーンビルディング認定基準やエネルギースター評価などのプログラムは、加熱および冷却効率を少し向上させるだけで費用を節約できる建物と設備のエネルギー効率向上に寄与していますが、設備・産業機器・製造工場構成の新しい構造バリエーションおよびオプションの物理試験を行おうとすると、法外な費用がかかります。試験プラントは、建設するにはあまりにも大きく高くつきます。稼働中のプラントをシャットダウンすると、生産ロスによって過大なコストが発生してしまいます。熱管理シミュレーションを行えば、試験用の仮想装置および仮想工場を作成できるため、建設前に予測を行ったり、製造工場を稼働させたままシミュレーションソフトウェアを用いて熱管理の改善を試みることができます。

ANSYSのエンジニアリングシミュレーションソリューションを利用すれば、対流、熱伝導、輻射、燃焼、電気誘導、電気抵抗、ジュール熱などのあらゆる熱プロセスを強力なシミュレーションで把握し、熱を容易に最適化することができます。また、熱性能に影響を与えるすべてのマルチフィジックス相互作用をシームレスに統合したり、統合ツールを用いて熱を迅速に最適化したり、形状の作成から熱シミュレーションに即座に移行したりすることも可能です。

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高度な電化

電力効率と再生可能エネルギーに対する世界的な需要を満たすには、新しい電化製品の開発と既存の設計の最適化を実現する新しい設計手法とシミュレーションツールが必要です。電動機、アクチュエータ、ソレノイドの効率を少し改善するだけでも、経済性と環境に大きな影響をもたらす可能性があります。しかし、これらの改善を実現するには、アナログ/デジタル/ミックスドシグナルエレクトロニクスと、機械、電気機械、水力などの物理現象の両方を考慮する必要がある複雑な製品開発課題を解決しなければなりません。また、システム全体を制御するには組込みソフトウェアが必要です。

ANSYSでは、お客様が重要な競争優位性を獲得できるよう、高度な電化製品の設計に威力を発揮する包括的なソリューションを提供しています。これらのソリューションでは、電磁界-熱-機械連成を伴う重要な電気機械部品の高精度なマルチフィジックスシミュレーション、モータのシミュレーション速度を50倍に向上させる特許出願中のハイパフォーマンスコンピューティングアルゴリズム、部品の詳細な有限要素モデルを用いてパワーエレクトロニクスおよび組込み制御ソフトウェアをシミュレーションできる機能のほか、これらのすべての機器を制御するのに必要な組込みソフトウェアの開発機能を利用することができます。

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空力設計

複雑な気流現象の影響を受ける空力特性を解析して最適化するには、費用のかかる風洞、テストドライブ、試験飛行が必要でした。しかし、エンジニアリングシミュレーションを行えば、物理試験の数分の1のコストで空力抵抗を綿密かつ正確に評価することができます。また、車両の様々な部品(自動車のフロントガラスや航空機の翼端)の周りに作用する物理プロセスに関するより詳細な知見を得ることもできます。こうした知見を風洞試験から得ようとすると困難を極め、費用も莫大なものになります。

ANSYSは、商用数値流体力学(CFD)ソルバーのメーカーの中で最も多くの乱流モデルを提供し、空力モデリングのグローバルリーダーとしての地位を確立しています。これらのモデルを使用すれば、空力を前例のない精度で予測することができます。多くの場合、空力設計は、乱流だけでなく、翼のフラッターや熱管理などの他の設計課題も考慮に入れて実施しなければなりません。そのためには、構造ソルバー、熱ソルバー、およびその他のソルバーを用いて、連成とコシミュレーションを行う必要があります。マルチフィジックスシミュレーションで業界をリードするANSYSは、空力とその他の物理現象の連成シミュレーションを支援する最もロバストで使いやすい最高のソリューションを提供しています。

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効率的な軽量化

非常に長い年月をかけて従来の材料と複合材料を徐々に軽量化してきたエンジニアは、「さらに改善すべき点」について考えることが難しくなっています。現在、効率的な軽量化の新たなターゲットになり得るものを特定できるのは、詳細で高精度なエンジニアリングシミュレーションしかありません。一方、工業用の3Dプリンティング(積層造形)の出現によって、従来の設計制約がなくなるとともに、非常に多くの新しい設計案が採用されており、エンジニアはどこから手をつけたらいいのか分からなくなっています。エンジニアは想像力を活かして設計を心に描くことができますが、こうした設計を実現するのに役立つシミュレーションを必要としています。今後、軽量設計によって限界を打ち破っていくのであれば、形状を最適化したり、異なる材料による影響と製造プロセスを把握したりすることができなければなりません。

ANSYSのエンジニアリングシミュレーションソリューションを導入すれば、直感的なプリ処理での高精度な材料モデリング、実際の稼働条件下における軽量部品の動作の正確な予測、軽量構造に関する複数の設計基準の評価に加えて、複合材料、モールド、積層造形などの製造性を考慮した設計が可能となり、製品の軽量化を図ることができます。