SolidWorks Flow Simulationの使い方をお探しですね。
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製品設計で欠かせない熱対策と空気の流れ、試作前にパソコンで検証しよう
製品を設計するとき、「熱がこもって壊れないか」「空気の抵抗は大丈夫か」といった心配は避けて通れません。
でも、試作品を何度も作って実験を繰り返していたら、お金も時間もどんどんかかってしまいますよね。
そんなとき頼りになるのが、パソコン上で検証できるCAEツールです。
この記事では、3D CADと一緒に使える「SolidWorks Flow Simulation」について、わかりやすく解説していきます。
熱や空気の流れをシミュレーションして、設計の段階で問題を見つけて解決する方法を、基本設定から結果の見方まで丁寧にお伝えします。
初めての方でも安心して使えるように説明しますので、ぜひ参考にしてください。
1. SolidWorks Flow Simulationって何？FloXpressとの違いも解説
SolidWorks Flow Simulationは、SolidWorksのアドインとして使える熱流体解析ソフトです。
一番の魅力は、いつも使っている3D CADの画面で、そのままシミュレーションができること。
わざわざ別のソフトにデータを移す手間がないので、設計しながらすぐに検証できるんです。
産業機械や電子機器、自動車部品など、いろんな分野の設計者が日常的に使っています。
SolidWorksには「FloXpress」という簡易版の流体解析機能が最初から入っていますが、本格的に検証したいならFlow Simulationが必要です。
FloXpressは機能が限られていて、単純な内部空間で水か空気の流れだけしか計算できません。
熱の移動を考えたり、複数の入口・出口がある複雑なモデルには対応していないんです。
製品の熱問題をしっかり解決したいなら、上位版のFlow Simulationを使いましょう。
Flow Simulationなら、空気や水の動きだけじゃなく、固体と流体の間で起こる熱の移動も詳しくシミュレーションできます。
具体的には、熱の伝わり方の基本3パターン全部に対応しています。
・**熱伝導**（固体の中を熱が伝わる）
・**熱伝達**（固体の表面と空気などの間で熱がやり取りされる）
・**熱輻射**（電磁波で熱が放射される）
それだけじゃなく、時間とともに変化する様子を追いかける計算や、ファンなどの回転する部品を考慮した計算、外から吹く風をシミュレーションすることもできます。
設計の正しさを高い精度でチェックできる機能がたくさん揃っているのが強みです。
2. 基本的な使い方と設定の流れ
SolidWorks Flow Simulationでの解析は、専用のウィザード機能を使えば、初心者でも迷わず進められます。
ウィザードを起動すると、画面の案内に従って次のような初期設定をしていきます。
・単位系の選択（SI単位系など）
・解析タイプの指定（製品内部の流れか、外からの風の影響か）
・物理条件の追加（重力、熱伝導、輻射を考えるかどうかなど）
次に、使いたい流体や固体の材料も、最初から入っているデータベースから選ぶだけで簡単に設定できます。
難しい数値を自分で入力する必要はありません。
ウィザードが終わると、画面左側に解析用のツリーが作られて、詳しい条件を追加する準備が整います。
ウィザードが終わったら、今度はCADモデル上で直接「境界条件」や「熱源」を設定していきます。
たとえば、空気が入ってくる面を選んで流入速度や圧力を指定したり、出ていく面にも条件を与えたりします。
発熱する電子部品があれば、その部品を選んで発熱量（ワット数）や表面の輻射率を入力します。
設定した条件は全部、画面左側のツリーに整理されるので、どの部品にどんな条件がついているか一目でわかります。
設計が変わったときの修正も簡単です。
解析を実行する前に大事なのが、**メッシュの生成**と**ゴールの設定**です。
メッシュというのは、計算するために空間を細かく区切った格子のこと。
設定画面のスライドバーを動かすだけで、全体の細かさを調整できます。
そして、ゴール機能で「パンの表面の最高温度」とか「特定の流路の圧力降下」など、知りたい具体的な数値を計算の目標として指定します。
これで、計算がちゃんと収束したか判定できて、精度の高いシミュレーションができるようになります。
3. 結果の見方と活用方法！熱と空気の流れを読み解こう
計算が終わったら、結果をいろんな方法で見ることができます。
実際の仕事でよく使われるのは、こんな表示方法です。
・**断面プロット**（切断面での温度や圧力を色で表現）
・**サーフェスプロット**（部品表面の物理量を色分布で表示）
・**流跡線**（空気や水の流れを立体的なアニメーションで表示）
断面プロットやサーフェスプロットを使うと、製品内部の温度分布や圧力のばらつきが直感的にわかります。
電子機器の冷却解析なら、放熱フィンのどこが一番熱くなっているか、オーブントースターの中で温度が低い場所がないか、すぐに見つけられます。
空気の流れを目で見るには、**流跡線**（パーティクルトレース）がとても便利です。
アニメーションにすると、空気がどこから入ってきて、製品の中をどう通って、どこから出ていくのかがよくわかります。
空気が滞留して冷却効果が出ていない場所や、意図しない渦ができて空気抵抗が増えている箇所を簡単に見つけられます。
流れを目に見える形にすることで、改善のヒントが得られるんです。
見た目だけじゃなく、**具体的な数値**もしっかり取得できます。
プローブ機能を使えば、色分布図の好きな場所をクリックするだけで、その点の正確な温度や流速がわかります。
事前に設定したゴールプロットを見れば、最低温度と最高温度の差が何℃あるかといったデータが一覧で確認できます。
これらの数値を設計の目標値と比べることで、今の設計の課題がはっきりして、次にどう改善すればいいか論理的に決められます。
4. 実務で成功させるためのコツと注意点
実際の仕事で熱流体解析をうまく活用するには、シミュレーションが「設定した条件に基づく計算」だということを理解しておく必要があります。
解析結果は、入力した境界条件や材料の性質、メッシュの品質に大きく左右されます。
現実と違う条件を入力してしまうと、どんなに高性能なソフトを使っても正しい結果は出ません。
解析を始める前に、実際の現象をどこまで単純化してモデル化するか、チームでしっかり話し合うことが大切です。
特に注意したいのが**メッシュ設定**です。
メッシュを粗くしすぎると、境界層や渦の動きなど細かい変化を捉えられず、精度が落ちてしまいます。
逆に細かくしすぎると、計算に膨大な時間がかかってしまいます。
大事なのは、評価したい現象に対して十分な細かさを確保しつつ、段階的にメッシュを細かくして結果の変化を確認する「メッシュ非依存性の確認」を行うこと。
これで、信頼性と効率を両立できます。
解析結果から課題が見つかったら、形状や条件を変えて最適な設計を探します。
ここで便利なのが**パラメータスタディ**機能。
CAD上でヒーターの位置や放熱フィンの寸法などを変数として設定すれば、複数の設計パターンを自動で連続計算して、最適な寸法を効率よく見つけられます。
最後に、シミュレーション結果だけで満足せず、**実機でのテスト**と結果を照らし合わせることが欠かせません。
解析と実験の両方を回すことで、シミュレーションの予測精度が上がり、開発全体のスピードアップにつながります。
ぜひこの記事を参考に、熱流体解析を活用してみてください。
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