QuickField 6. 2 リリースノート

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QuickField6.2 リリースノート

新着情報

QuickField6.0/6.1において拡張された3D静電場（Electrostatics）解析に加え、QuickField6.2では、3D DC

電導（Conduction）解析および3Dは熱伝導（Stead-state Heat Transfer）解析が追加されました。

それらの3Dモデルは、QuickFieldモデル･エディタの2Dモデルから成型されるか、CADシステムからSTEP

ファイル･フォーマットを介してインポートされます。また新バージョンでは磁芯損失（Magnetic core

losses）の計算もサポートされます。

QuickField 6.2 Stead-state Heat Transfer Analysis

3D DC電導解析

DC電流分布は、任意の電極を備えた3Dモデル中で計算されます。新しい3DモジュールのDC電導解析は、

アース･システムの設計およびバイオロジカル（生物工学、医学）における組織や電場の電流分布の研

究に利用できます。

3D定常熱伝導解析

温度フィールドは、既知の熱源、温度あるいは熱対流パラメータを備えた3Dモデル中で計算され、電気

工学、建築設計およびバイオロジカル分野の研究に利用できます。

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AC磁場中の磁芯ロス

フェロー･マグネティック（強磁性材料）、磁界変化伴う磁場では、渦電流やヒステリシスの効果によ

りパワー･ロスが生じます。一般にそれらは経験的な応用工学に基づくスタインメッツの方程式によっ

て識別されます。このアプローチ（次のBertotti計算式：周波数fでの磁芯ロス）が、QuickField 6.2におい

てサポートされます。

ここで、ph、pc、peは、ヒステリシス、渦電流、超過ロスに相当します。また、係数kh、kc、keはオプ

ションの材料パラメータです。磁芯ロスは、AC磁場ポストプロセッサで解析され、さらに温度分布識別

のための熱伝導解析モジュールにインポートされます。

積分計算用ユーザー定義式

QuickField は解析結果の積分計算機能を搭載しています。QuickField ポストプロセッサで提示される

結果は、あらかじめ定義されたコンター（積分定義域）の解析タイプに依存します。しかし、それらの

応用的に研究する場合、新たな積分計算（既存の積分定義域以外）を計算することが必要になるかもし

れません。バージョン 6.2から ActiveField技術に基づいたカスタム関数によって、コンター（積分定

義域表面あるいは統合表面）の積分計算が可能になります。

この新しい関数は、Microsoft Office VBA、MatLabおよび QuickField APIと互換性をもつ他のプログ

ラミング環境によって使用され、またオブジェクト結果を呼び出し関数（GetCustomIntegral）のパラ

メータにより、CustomFunctionタイプとしてオブジェクトへリンクが可能です。

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サンプル例題

ラジエータ･チップ･ヒートシンク

問題タイプ

3D熱伝導問題

幾何学形状

ラジエータ･チップ

ラジエータ･ヒートシンクのすべての長さ単位はミリメートルです。

条件

金属材料熱伝導率（Thermal conductivity）：λ=270W/K･m

対流係数（Convection coefficient）：α=10、W/(K･m2)

熱流束（Heat flux）：Q=10W

問題

ラジエータ･チップの熱抵抗を計算する。

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解析方法

熱抵抗は温度差と熱流束の比率です。熱流束が入力されたパラメータであるとともに、QuickFieldタス

クは温度分布を計算することです。入力熱流束は単位面積当たりのワット[W/m2]として定義されます。

即ち、チップ表面積（20mm×20mm=0.004 m2）で Q[W]が除算されます。

結果

ヒートシンク中の温度分布

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積層鉄磁芯ロス（Laminated iron core losses）

スタインメッツ（Steinmetz, Bertotti）方程式による積層鉄磁芯ロスの計算

問題タイプ

AC磁場平面問題

幾何学形状

３相変圧器

すべての長さ単位はミリメートルです。

条件

鉄芯 I透磁率（Core I permeability）μ1 – 非定常*

鉄芯 E透磁率（Core E permeability）μ2 – 非定常*

鉄芯質量密度（Core material density）ρ = 7650 kg/m3

周波数（Frequency）f = 400 Hz

Winding1 入力電流 16.5 mA

Winding1 巻線数 324

Winding1 コンダクタ断面積 0.19 mm2

Winding1 平均巻線周長さ 111 mm

問題

変圧器の定常モードの鉄磁芯ロスを計算する。

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解析方法

任意モードにおいて、第 2巻線以降は開回路状態であり、第１巻線にのみ電流が流れます。主巻線は多

重巻き線としてモデル化され、平均電流密度が指定されます。鉄芯は積層化され、その伝導率には、0

が指定されます。

鉄磁芯ロスは、次の Bertotti方程式を使用して計算されます。

係数 kh, kc, keは、ユーティリティ鉄磁芯ロス係数演算を使用し、カーブフィッティング結果から計算さ

れます。

結果

鉄磁芯ロス E： 0.87W

鉄磁芯ロス I：0.12W

磁束密度分布

参考文献

*磁芯ロスと磁化曲線はアーノルド磁場解析（Arnold Magnetic）を参照

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曲管状銅線ワイヤーの電気抵抗

銅線ワイヤーの電気抵抗の計算

問題タイプ

3D DC電導解析

幾何学形状

曲管状銅線ワイヤー

すべて寸法はミリメートルです。

条件

銅の電気伝導率σ=56e6 S/m

電流 I=100 A

問題

曲管状銅線の電気抵抗を決定する。

解析方法

抵抗 Rは電圧降下 V／電流 Aに比例： R=V/I[Ohm]

正規電流密度 jn=I/A（A：ワイヤー断面積）電流ターミナルとグラウンド･ターミナル（ゼロ電位）間

DC演算シミュレーションは電流ターミナルに電位 Vを生じます。

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結果

ワイヤー中の電位分布と電流分布

電流ターミナルの電位：V=0.00168[V]

抵抗：R=0.00168/100=16.8[uOhm]

参考文献

参照（微小電気伝導率値)

https://www.comsol.com/blogs/computing-total-normal-flux-planar-surface/

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PCB温度場解析

PCBプリント回路基板の温度場解析

問題タイプ

3D熱伝導解析

幾何学形状

PCBスキーム

条件

パーツ ロス[W] ボリューム[cm3]

CPU 2.5 4.62

IC 0.5 1.1

LM317 0.5 0.28

470 uF 0.2 2.26

1500 uF 0.15 0.8

トランス 0.4 2.74

ダイオード 0.1 0.064

L1 0.1 2.08

FR4ボード熱伝導率 λ=0.25W/K･m

ラジエータ･ボード熱伝導率 λ=200W/K･m

要素熱伝導率 λ1=W/K･m

対流係数 α=12W/K･m2

問題

プリント回路基板の温度分布を計算します。

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解析方法

QuickFieldのロス値は、ワット／ボリューム[W/m3]で与えられます。したがって、ロス [W]とボリュ

ーム[m3]の比率で指定されます。（例えば、CPU：2.5/4.62e-6）

結果

PCB温度分布

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縁陽極処理（Rim anodizing）

陽極電解絶縁処理の解析

問題タイプ

3D DC電導（Conduction）問題

幾何学形状

縁陽極

条件

電解質電気伝導率 σ=0.3S/m

電圧 V=100V

問題

電流分布を推定します。

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結果

タンク内電流密度分布

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ビル構造の熱ブリッジ解析 A1

ビル構造の熱ブリッジ（熱流量と表面温度）解析

ISO 10211:2007、A.1（理論値）と QuickField計算結果の比較検証

問題タイプ

平面熱伝導（Heat Transfer）問題

幾何学形状

ISO 10211:2007モデル１

幅 w=4m、高さ h=8m

条件

メディアの熱伝導率 λ1=W/K･m

問題

長方形グリッド 1x1 m中の参照ポイントでのメディア温度分布を推定します。

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結果

ISO 10211:2007モデル：メディア中の温度分布

QuickFieldで計算されたそれぞれ参照温度を次表に示します。

ISO 10211:2007と同等の計算結果が得られ、その参照温度誤差は 0.1°K未満になりました。このシミ

ュレーション精度は ISO 10211:2007の解析結果に準拠します。

T[°C] Coordinate x[m]

y[m] 0 1 2 3 4

8 20 20 20 20

7 0 9.65 (9.7) 13.37 (13.4) 14.73 (14.7) 15.09 (15.1)

6 0 5.25 (5.3) 8.64 (8.6) 10.31 (10.3) 10.82 (10.8)

5 0 3.19 (3.2) 5.61 (5.6) 7.02 (7.0) 7.47 (7.5)

4 0 2.02 (2.0) 3.64 (3.6) 4.66 (4.7) 5.00 (5.0)

3 0 1.26 (1.3) 2.30 (2.3) 2.99 (3.0) 3.22 (3.2)

2 0 0.74 (0.7) 1.36 (1.4) 1.77 (1.8) 1.91 (1.9)

1 0 0.34 (0.3) 0.63 (0.6) 0.82 (0.8) 0.89 (0.9)

0 0 0 0 0 0

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ビル構造の熱ブリッジ解析 A2

ビル構造の熱ブリッジ（熱流量と表面温度）解析

ISO 10211:2007、A.2（理論値）と QuickField計算結果の比較検証

問題タイプ

平面熱伝導（Heat Transfer）問題

幾何学形状

ISO 10211:2007モデル 2

すべての長さ単位はミリメートルです。

条件

スラブの熱伝導率 λ1=1.15W/K･m

絶縁体の熱伝導率 λ2=0.12W/K･m

空気の熱伝導率 λ3=0.029W/K･m

金属の熱伝導率 λ4=230W/K･m

問題

コンクリート･スラブは絶縁層によって金属ビームから隔離されています。参照ポイントでの熱流、温

度分布を推定します。

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解析方法

対称モデルのため半分のモデル（ISO標準で推奨）によって示されます。

熱表面の抵抗 Rsが対流によってもたらされる接触条件の影響を考慮してください。

対流係数値は表面抵抗値に相互関係にあります。

αsurf.ext=1/0.06 W/(K･m2)

αsurf.int=1/0.11、W/(K･m2)

結果

メディア中の温度分布

Heat flux:

Bottom (in) 9.4968 W

Top (out) 9.4937 W

Theory 9.5 W

QuickFieldで計算されたそれぞれの参照温度を次表に示します。

ISO 10211:2007と同等の計算結果が得られ、その参照温度誤差は 0.1°K未満になりました。このシミ

ュレーション精度は ISO 10211:2007*の解析結果に準拠します。

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(x,y)[m] T [°C]

A [0, 0.0475] 7.06 (7.1)

B [0.5, 0.0475] 0.76 (0.8)

C [0.0, 0.0415] 7.90(7.9)

D [0.015, 0.0415] 6.27 (6.3)

E [0.5, 0.0415] 0.83 (0.8)

F [0.0, 0.0365] 16.41 (16.4)

G [0.015, 0.0365] 16.33 (16.3)

H [0.0, 0.0] 16.77 (16.8)

I [0.5, 0.0] 18.33 (18.3)

*ISO 10211:2007(en) ビル構造の熱ブリッジ解析 - 熱流と表面温度

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ビル構造の熱ブリッジ解析 A3

ビル構造の熱ブリッジ（熱流量と表面温度）解析

ISO 10211:2007、A.3（理論値）と QuickField計算結果の比較検証

問題タイプ

3D熱伝導解析

幾何学形状

ISO 10211:2007モデル 3

すべての長さの単位はミリメートルです。

条件

AACの熱伝導率 λ1=0.7W/K･m

絶縁体の熱伝導率 λ2=0.04W/K･m

レンガの熱伝導率 λ3=1.0W/K･m

コンクリート･スラブの熱伝導率 λ4=2.5W/K･m

石膏の熱伝導率 λ5=1W/K･m

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問題

フロアースラブは、内側壁に埋没し、断熱性ブリッジを形成します。

熱流および熱連成係数を推定してください。

解析方法

表面の熱抵抗 Rsが対流によってもたらされる接触条件を考慮してください。

対流係数値は表面抵抗値と次式のような相互関係にあります。

α=1/Rs[W/(K･m2)]

結果

メディア中の温度分布

EN ISO 10211:2007試訴 3熱流

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Temperature in the corners: QuickField Reference %%

First floor 11.12°C 11.11°C <0.1 K

Second floor 11.37°C 11.32°C <0.1 K

Heat flux: 59.4 W 59.98 W 1%

それぞれの熱連成係数値を示します。

External First floor Second floor

External (1.000) (0.000) (0.000)

First floor 0.375 (0.378) 0.401 (0.399) 0.223 (0.223)

Second floor 0.329 (0.331) 0.216 (0.214) 0.455 (0.455)

ISO 10211:2007と同等の計算結果が得られ、その参照熱流は 2%未満（0.1°K温度未満）になりまし

た。このシミュレーション精度は ISO 10211:2007*の解析結果に準拠します。

* ISO 10211:2007(en)ビル構造（熱流と表面温度）中の熱ブリッジ

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ビル構造の熱ブリッジ解析 A4

ビル構造の熱ブリッジ（熱流量と表面温度）解析

ISO 10211:2007、A.4（理論値）と QuickField計算結果の比較検証

問題タイプ

3D熱伝導解析

幾何学形状

ISO 10211:2007モデル 4

すべての長さの単位はミリメートルです。

条件

絶縁体の熱伝導率 λ1=0.1W/K･m

金属の熱伝導率 λ2=50W/K･m

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問題

金属棒は絶縁壁に浸透します。

熱流および熱連成係数を推定します。

解析方法

表面の熱抵抗 Rsが対流によってもたらされる接触条件を考慮してください。

対流係数値は表面抵抗値と次式のような相互関係にあります。

α=1/Rs[W/(K･m2)]

結果

メディア中の温度分布

ISO 10211:2007モデル 4の温度分布と熱流分布

QuickField Reference %%

Temperature 0.801°C 0.805°C 0.004°C

Heat flux 0.543 W 0.54 W 1%

ISO 10211:2007と同等の計算結果が得られ、その参照熱流は 1%未満（0.005°C温度未満）になりま

した。このシミュレーション精度は ISO 10211:2007*の解析結果に準拠します。

* ISO 10211:2007(en)ビル構造（熱流と表面温度）中の熱ブリッジ