学生向けCFDソフト：流れの仕組みをその目で確かめよう

CFDとは？

計算流体力学（CFD）は、コンピューターを使って液体や気体の動きを予測する手法です。自動車まわりの空気、タンクの中の水、熱い面から立ち上る熱などが対象です。コンピューターは空間を小さなセルの格子に分け、各セルで流体運動の方程式を何度も解き、流れが落ち着くまで繰り返します。航空宇宙、自動車、エネルギー、電子機器の冷却など、多くの分野でエンジニアに使われています。

CFDを学びたい方は、高校物理でも大学の工学でも、ただ興味があるだけでも、いちばん難しいのは結果が何を意味するのかをつかむ感覚です。だから初心者向けのCFDは、結果をすぐに見られるときにいちばん効果的です。Visariaは計算のすべてをお使いのコンピューターのGPU（グラフィックスカード）で実行します。そのため学習ツールとして使えるほど高速で、数分で使い始められる工学シミュレーションです。

CFDが学びにくい理由と、役立つこと

ほとんどの学生は、CFDを何ページもの数式（ナビエ・ストークス方程式、乱流モデル、離散化スキーム）として最初に出会います。その次は、設定項目が長く並ぶ専門ソフトと、何かを動かす前に正しく作らなければならないメッシュで、しかも動作は遅いのです。何が結果を生んだのか分からないまま、結果だけ得ることは簡単にできてしまいます。

理解を築くのは繰り返しです。ひとつ変えて、何が起きるか見て、元に戻す。1回の反復に何分も、何時間もかかるとこれは難しくなります。Visariaはこのループを中心に作られています。グラフィックスカード上でインタラクティブな速度で計算するので、設定を動かすと、見ている間に流れが変わります。気流、抗力、圧力、熱、浮力、自由表面の水といった本物の物理を目にしながら、モデルを待つのではなくモデルに問いかけることに時間を使えます。さらに、Visariaアプリの「仕組み」ページでは、各ソルバーの動作、主要な原理とパラメーター、良い結果を得るための主な注意点の概要を説明しています。

Visariaで学べること

• 空気力学。形状の後ろで流れがどう剥離するか、圧力がどこにたまるか、流線が何を示すか、動く路面が全体像をどう変えるか、形状が抗力にどう影響するか。バーチャル風洞をご覧ください。
• ガスの浮力と拡散。流れる空気の中でガスがどう上昇し、沈み、混ざるか。ガス拡散シミュレーションをご覧ください。
• 熱伝達。熱伝導、対流、放射と気流の組み合わせ、そしてヒートシンクにフィンがある理由。熱シミュレーションをご覧ください。
• 水。波、スロッシング、障害物のまわりでの注水と排水。水シミュレーションをご覧ください。
• 手法そのもの。メッシュとは何か、なぜ格子サイズが重要か、境界条件は何をするか、収束とはどういうものか。各シミュレーションのそばにグラフと診断情報が表示されます。

構造解析（FEA）、つまり力、応力、動力学は、将来のソルバーとして計画中で、まだ利用できません。

最初のセッションの流れ

1. 7日間無料トライアルを申し込みます。トライアルキーがメールで届き、支払いカードは不要です。Visariaをインストールして、キーを入力します。
2. あらかじめ用意されたシナリオ（自動車の形状、ヒートシンク、水槽）を開き、実行を押します。
3. 風速、材料、ガスが入る位置など、何かを変えてみましょう。流れがどう変わるか見て、元に戻します。
4. ラーニングハブのガイドを開いて、背景にある考え方を学びます。たとえばヒートシンクにフィンがある理由や、再循環とは何かなどです。クイッククリックのリンクで、対応するシナリオにすぐ移動できます。
5. ご自身のSTLモデルを読み込むか、メッシュビルダーで作り、同じ問いを自分の設計に投げかけてみましょう。

プロのツールへの足がかり

Visariaはプロ向けソフトの代わりではなく、足がかりです。それらのソフトを学びやすく、結果を判断しやすくするための理解を築くことが目的です。

Visariaは粗いボクセル格子と、リアルタイム向けに調整されたソルバーを使うため、結果は参考値です。流れが何をしているかを見たり、アイデアを比較したりするには役立ちますが、根拠として示す必要のある数値には向きません。検証済みの結果が必要な課題には検証済みのツールを使い、シミュレーション結果の報告方法は担当の先生に確認してください。

学生向けライセンスと無料トライアル

7日間無料トライアルには、Aero、Gas、Thermal、Waterの各ソルバー、ラーニングハブのサンプルアクセス、コミュニティフォーラムでのサポートが含まれます。自動的に有料プランへ移行することはありません。

16歳以上で、大学、カレッジ、高校の上級課程、またはそれに相当する機関で全日制で学んでいる方向けに、割引学生ライセンスをご希望に応じて提供しています。所属機関のメールアドレスから licensing@visaria.dev までご連絡ください。18歳未満の場合は、保護者の方が申請・購入します。教員・講師の方は、授業、ラボ、学科向けライセンスについて education@visaria.dev までお問い合わせください。標準プランは料金をご覧ください。

動作に必要なもの

VisariaはWindowsで動作し、専用グラフィックスカードが必要です。最低でNVIDIA GeForce GTX 1050またはAMD Radeon RX 560、推奨はRTX 2060またはRX 5600 XT以上で、第8世代Intel Core i5（または同等品）と8 GBのメモリが目安です。MacとLinux版は近日公開予定です。お使いのコンピューターで問題なく動くか確かめるには、無料トライアルがいちばん手軽です。