化学種輸送方程式 — トラブルシューティングガイド

症状: 特定の化学種（特にマイナー種：OH, HO2等）の質量分率が負の値を取る。

原因: 数値スキームのオーバーシュートと反応ソース項の競合。高次スキーム（QUICK等）で急峻な勾配近傍で振動が生じる。

対策:

• Species Boundingを有効化（Fluent: デフォルトON）
• Second Order Upwindに切り替え（QUICKからの変更）
• メッシュ品質の改善（特にスキューネス > 0.9のセルを除去）
• Under-Relaxation Factor を下げる（0.95 → 0.8）

• 反応ソース項の不均衡: 生成と消滅のバランスが取れていない。特に中間種（CO, OH）で起きやすい
• 乱流モデルと燃焼モデルの相互干渉: 温度変化 → 密度変化 → 流れ場変化 → 混合変化 → 温度変化のフィードバックループ
• 対策: Under-Relaxation の全体的な低下、段階的モデル有効化

• 文法エラー: 反応式の書式（Arrhenius係数の桁数、化学種名の不一致）
• 熱力学データの温度範囲: NASA7係数の下限温度が200 K以下かどうか
• 輸送データの欠落: tran.datに全化学種のデータがあるか
• 検証手順: まずCanteraでYAML変換して読み込みテスト → 成功したらCHEMKIN形式に変換してCFDにインポート

• "Negative mass fraction for species X in N cells": Species Bounding有効化 + Under-Relaxation低下
• "Floating point exception in cell N": 温度が極端（<100K or >10000K）。初期条件と境界条件を確認
• "Species X not found in mechanism file": 反応機構と熱力学データの化学種名が不一致。大文字小文字の区別に注意

1. まず非反応流で流れ場を収束させる

2. 反応を有効化する前に全化学種の初期値を確認（$\sum Y_i = 1$）

3. 着火パッチは小さく始めて徐々に拡大

4. 残差が停滞したらUnder-Relaxationを下げる前にメッシュ品質を確認

5. 元素バランスを常にチェック（C原子の入出が一致するか）

そうだ。化学種輸送方程式は燃焼CFDの土台だから、ここで問題があるとその上に載るどんなモデルも正しく動かない。基礎を固めることが最も重要だ。