ソフトウェア紹介FrontFlow/red-HPC

FrontFlow/red-HPCは、複雑な形状を効率よく表現できる非構造格子を用いて熱・流れの方程式を解くソフトウェアで、次世代のスーパーコンピュータから小型PCクラスターに至るまで、様々なスケールの計算に用いられる事を念頭に開発を行っています。スーパーコンピュータ「京」や富士通FX10等のスーパーコンピュータに加え、インテル機のような汎用計算機でも計算効率がでることを目指して設計されており、理化学研究所のみならず各大学で利用している科学者、商用版ソフトウェアの開発者が共同して開発を行っています。

FrontFlow/red-HPCでは、従来より工学問題で利用されてきたRANS（Reynolds Averaged Navier-Stokes）による定常問題だけではなく、時々刻々と変化する非定常問題を高精度に予測することができるLES（Large Eddy Simulation）による数理モデルが利用可能です。この数理モデルを並列計算機で効率よく実行することができるため、大規模で複雑な物理現象を扱う問題、例えば自動車の空力解析、ガスタービンの燃焼解析、都市環境の風ながれ解析などで多く利用されています。また、設計業務や基礎研究で試したい新しい解析モデルや新手法のアイデアなどを容易に追加することができるため、産業界のエンジニアだけではなく各大学の研究者にとっても有益な基盤となるソフトウェアです。また、Ver.3.0を元にした商用版でも新手法の機能追加・開発が積極的になされており、高度な技術サービスを利用することも可能です。一例として、理化学研究所と神戸大学の研究チームでは、車体の運動とドライバーの反応といった、これまでのソフトでは取り扱えなかったモデルを組み込んだ、実車相当の自動車空力解析に成功しています。

京でのウィークスケーリング測定結果 (並列化効率96.5%、16384コア)

理化学研究所 計算科学研究センター 複雑現象統一的解法研究チーム

神戸大学大学院 システム情報学研究科 計算科学専攻 計算流体研究室

北海道大学大学院 機械宇宙工学専攻 計算流体工学研究室

FrontFlow/red Ver.3.1 (北海道大学機械宇宙工学専攻計算流体工学研究室)

FrontFlow/red Ver.3.0 (東京大学 革新的シミュレーション研究センター CISS)

流体解析ソフトウェア：NuFD/ FrontFlow Red

学術雑誌論文(研究) Research Papers for Journals

1. Makoto Tsubokura, Kozo Kitoh, Nobuyuki Oshima, Takuji Nakashima, Huilai Zhang, Keiji Onishi, Toshio Kobayashi: Large Eddy Simulation of Unsteady Flow around a Formula Car on Earth Simulator, SAE 2007 Transactions Journal of Passenger Cars : Mechanical Systems, Section 6, volume 116, pp. 40-49, 2007-01-0106(2007)

2. Makoto Tsubokura, Toshio Kobayashi, Takuji Nakashima, Takahide Nouzawa, Takaki Nakamura, Huilai Zhang, Keiji Onishi, and Nobuyuki Oshima: Computational Visualization of Unsteady Flow around Vehicles Using High Performance Computing, Computers & Fluids, vol.38, pp.981-990 (2009)

3. Takuji Nakashima, Makoto Tsubokura, Takahide Nouzawa, Takaki Nakamura, Masashi Ichimiya: Flow Structures above the Trunk Deck of Sedan-Type Vehicles and Their Influence on High-Speed Vehicle Stability, 2nd Report: Numerical Investigation on Simplified Vehicle Models using Large-Eddy Simulation, SAE International Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems, 2(1), pp.157-167(2009)

4. Makoto Tsubokura, Takuji Nakashima, Kozo Kitoh, Yoshihiro Sasaki, Nobuyuki Oshima, Toshio Kobayashi: Development of an Unsteady Aerodynamic Simulator Using Large-Eddy Simulation Based on High-Performance Computing Technique, SAE International Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems, 2(1), pp.168-178(2009)

5. Makoto Tsubokura, Takuji Nakashima, Masashi Kitayama,Yuki Ikawa, Deog Hee Doh, Toshio Kobayashi: Large Eddy Simulation on the Unsteady Aerodynamic Response of a Road Vehicle in Transient Crosswinds, International Journal of Heat and Fluid Flow, vol.31, pp.1075-1086 (2010)

6. Seeyuan Cheng, Makoto Tsubokura, Takuji Nakashima, Takahide Nouzawa, Yoshihiro Okada: A Numerical Analysis of Transient Flow past Road Vehicles Subjected to Pitching Oscillation, Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, vol.99, pp.511-522 (2011)

7. Masaya Muto, Makoto Tsubokura, Nobuyuki Oshima: Negative Magnus Lift on a Rotating Sphere at around the Critical Reynolds Number, Physics of Fluids, vol.24, issue 1, 014102 (2012)

8. Seeyuan Cheng, Makoto Tsubokura, Takuji Nakashima, Takahide Nouzawa, Yoshihiro Okada: Numerical Quantification of Aerodynamic Damping on Pitching of Vehicle-Inspired Bluff Body, Journal of Fluids and Structures, vol.30, pp.188-204 (2012)

9. Tsubokura, M., Ikawa, Y., Okada, Y., Nakashima, T., Nouzawa, T.: Unsteady vehicle aerodynamics during a dynamic steering action: 2nd report, Numerical analysis, SAE International Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems, 5(1), pp.395-411(2012)

10. Takuji Nakashima, Makoto Tsubokura, Mariano Vázquez, Herbert Owen, Yasuaki Doi: Coupled analysis of unsteady aerodynamics and vehicle motion of a road vehicle in windy conditions, Journal of Computers & Fluids, vol.80(10), pp.1-9 (2013)

11. Seeyuan Cheng, Makoto Tsubokura, Yoshihiro Okada, Takahide Nouzawa, Takuji Nakashima, and Deog Hee Doh: Aerodynamic Stability of Road Vehicles in Dynamic Pitching Motion, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol.122, pp.146-156(29 July 2013)

12. 岡田義浩，農沢隆秀，坪倉誠，中島卓司:自動車の高速操舵走行時の安定性に寄与する車体周りの非定常流れ特性(Characteristics of unsteady flow around a vehicle affecting its high-speed stability during a dynamic steering action), 日本機械学会論文集（Transactions of the JSME, in Japanese）, 第80巻, 809号, DOI: 10.1299/transjsme.2014fe0009, pp.1-17(2014/01/25)

13.Makoto Tsubokura, Andrew Hamilton Kerr, Keiji Onishi, Yoshimitsu Hashizume: Vehicle Aerodynamics Simulation for the Next Generation on the K-computer: Part 1 Development of the framework for fully unstructured grids up to 10 billion numerical elements, SAE International Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems, 7(2): 2014-01-0621(2014)

14. Jing Li, Makoto Tsubokura, Masaya Tsunoda: Numerical Investigation of the flow around a golf ball at around the critical Reynolds number and its comparison with a smooth sphere, Flow, Turbulence and Combustion, vol.95, pp.415-436, doi: 10.1007/s10494-015-9630-4 (2015)

15.Keizo Yamamoto, Makoto Tsubokura, Jun Ikeda, Keiji Onishi, Sophie Baleriola: Effect of posture on the aerodynamic characteristics during take-off in ski jumping, Journal of Biomechanics, vol. 49, pp.3688-3696, DOI: 10.1016/j.jbiomech.2016.09.037 (2016)

16. Kousuke Nakasato, Makoto Tsubokura, Jun Ikeda, Keiji Onihsi, Shoya Ota, Hiroki Takase, Kei Akasaka, Hisashi Ihara, Munehiko Oshima, Toshihiro Araki: Coupled 6DoF Motion and Aerodynamic Crosswind Simulation Incorporating Driver Model, SAE International Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems, 10(2): 2017-01-1525(2017) (SAE 2017 World Congress & Exhibitionで発表)

17. Jing Li, Makoto Tsubokura, Masaya Tsunoda: Numerical Investigation of the Flow past a Rotating Golf Ball and Its Comparision with a Rotating Smooth Sphere, Flow, Turbulence and Combustion, vol.99, pp.837-864, DOI: 10.1007/s10494-017-9859-1 (2017)