流体力学

計算力学技術者試験の熱流体2級に合格するのに必要な勉強量

2022年12月に計算力学技術者の熱流体分野2級を受けて合格することができました。難しいけどマイナーなのでネットから手に入る情報が少ないです。技術ブログとして内容を記録するとともに、これから受験する人の参考に熱流体2級へ合格するまでに行った勉強量を紹介します。

これまで当ブログでは2Dの「移流方程式」と「拡散方程式」を扱いました。ここではこれら2つの流体現象を組み合わせた「移流拡散方程式」を学びます。いつも通りPythonでコーディングしながら解説を行い、流れを確認して理解を深めます。

数値流体力学の学習は各要素毎に離散化手法と解析手法を学ぶことが重要です。ここでは2次元の拡散方程式の概要や離散化手法を説明し、Pythonで実装しながら学習します。結果は定常解析の結果と比較することでラプラス方程式にも触れてみます。

1次元移流方程式で基礎を学んだ後は2次元移流方程式を学びます。ここでは2次元移流方程式の差分化手法の例とPythonコードによるアニメーション作成までを行います。2次元の初期場を作る方法、漸化式の更新方法、結果のプロット方法について考えてみた結果を紹介します。

熱流体分野の基礎学習として、拡散方程式の離散化と数値計算を行います。拡散方程式も移流方程式と同様に安定性の議論が必要です。ここではPythonを使って自分の手で実装しながら学習し、理解を深めるためにシミュレーション結果をアニメーションで確認するコードも紹介します。

数値流体力学を学習して普段のCAEへの理解を深めたいと思います。ここでは入門レベルとして1次元移流方程式の紹介、偏微分方程式の離散化からPythonによる実装までを行います。さらにシミュレーション結果は動画で確認できるようにして理解を深めます。

NACA4桁翼とは、航空機に使われている代表的な翼型の事です。空力性能が良い翼の設計は航空機業界だけの仕事ではなく、翼の断面形状を自由に作図できるようになる事で、色々な解析が捗ります。この記事はPythonでNACA4桁翼を作図する方法を紹介します。

PythonでOpenCVを使うと簡単なコードで高度な画像処理を行う事が可能です。ここでは画像を使った分析で重宝するテンプレートマッチングをOpenCVのcv2.matchTemplate()で書く方法を紹介します。