汎用パラメーター最適化ソフトウェア
AMDESS
事例5 熱伝達係数の同定
■概要
熱伝達係数は周囲の環境に依存し、さらに物質によって一意でないため、値を決定することが困難です。
もし、計測結果を再現する熱伝達係数が同定できれば、同様の環境下の別のモデルでも良好なシミュレーション結果を得られることが期待されます。
ここでは、AMDESSとNastranを連携させ、熱伝達係数を同定する例を紹介します。
■解析モデル
-
6面に熱伝達境界を設定
⇒ 設計パラメータは6つ.
-
1面あたり4点と円筒の縁4点
計28点の表面温度を同定
■最適化条件
設計変数
各面（h1～h6）の熱伝達係数
範囲 ： 10.0～70.0 [W/m2k]
目的関数
各評価点において、目標温度からの誤差の2乗を最小化する。
＝算出される計算温度を指定した目標温度に近づける.
| 計算温度 | 目標温度 | 計算温度 | 目標温度 | 計算温度 | 目標温度 | 計算温度 | 目標温度 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| t1 | 261.1 | t8 | 257.7 | t15 | 263.8 | t22 | 264.2 |
| t2 | 263.3 | t9 | 258.3 | t16 | 263.5 | t23 | 261.8 |
| t3 | 260.6 | t10 | 258.1 | t17 | 261.4 | t24 | 264.0 |
| t4 | 258.2 | t11 | 260.5 | t18 | 258.7 | t25 | 272.4 |
| t5 | 261.0 | t12 | 260.2 | t19 | 261.0 | t26 | 271.8 |
| t6 | 260.8 | t13 | 260.6 | t20 | 263.9 | t27 | 272.3 |
| t7 | 257.9 | t14 | 260.4 | t21 | 262.0 | t28 | 272.7 |
温度単位：℃
■結果
評価点の温度は目標の値と誤差0.3%以内で一致し、各表面の熱伝達係数を得ることができました。
| 表面 | h1 | h2 | h3 | h4 | h5 | h6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 熱伝達係数 [W/m2k] | 13.68 | 19.82 | 33.86 | 30.69 | 53.55 | 59.06 |
-
目標とする温度分布
.
-
同定によって求められた温度分布
| 評価点 | 同定後温度 | 誤差 | 評価点 | 同定後温度 | 誤差 | 評価点 | 同定後温度 | 誤差 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| t1 | 261.6 | -0.2 | t11 | 259.7 | 0.3 | t21 | 262.3 | -0.1 |
| t2 | 262.8 | 0.2 | t12 | 259.5 | 0.3 | t22 | 263.4 | 0.3 |
| t3 | 260.1 | 0.2 | t13 | 259.9 | 0.3 | t23 | 262.1 | -0.1 |
| t4 | 258.8 | -0.2 | t14 | 259.8 | 0.2 | t24 | 263.3 | 0.3 |
| t5 | 261.6 | -0.2 | t15 | 263.1 | 0.3 | t25 | 272.3 | 0.0 |
| t6 | 261.4 | -0.3 | t16 | 262.9 | 0.2 | t26 | 271.9 | 0.0 |
| t7 | 258.5 | -0.2 | t17 | 261.8 | -0.1 | t27 | 272.4 | 0.0 |
| t8 | 258.3 | -0.2 | t18 | 259.0 | -0.1 | t28 | 272.6 | 0.0 |
| t9 | 258.5 | -0.1 | t19 | 260.3 | 0.3 | |||
| t10 | 258.4 | -0.1 | t20 | 263.2 | 0.3 | |||
■考察
熱伝達係数を同定し、評価点の温度を実測温度にほぼ一致させる結果が得られました。
同様の考え方で、熱伝達係数だけでなく、弾塑性解析における応力-ひずみ曲線なども同定可能です。
このように、様々な問題において、より実現象に近いCAEの計算結果を得ることができるようになります。
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