実在気体効果 — トラブルシューティングガイド

実在気体特有の問題パターンを見ていこう。

非常によくある。PR-EOSは低温・低密度領域で非物理的な圧力を返すことがある。特にvan der Waalsループ内（気液共存域）では圧力が負になりうる。

対策:

• テーブル法に切り替える（テーブルで非物理領域をカバーしない）
• 温度と圧力のクリッピング下限を設定（Fluentの temperature-limits）
• 初期条件を慎重に設定（低温領域を避ける）
• 初期解を理想気体で作ってから実在気体に切り替える

そう。$c_p$ が10倍に跳ね上がり、密度が急変するから数値スキームが不安定になる。

対策:

• テーブルの解像度を上げる（擬臨界線付近で0.1 K刻み）
• 擬似時間刻みを小さくする（Under-Relaxation Factorを0.3以下に）
• Pressure-Based Coupledソルバーを使用（SIMPLE系より安定）
• 人工拡散（数値粘性）を少し追加（精度は落ちるが安定化）

初期過渡や局所的な膨張/圧縮で温度・圧力が予想範囲を超えることがある。

対策:

• テーブルの範囲を計算条件より20-30%広く取る
• テーブル外挿を許可する設定にする（FluentのRGPオプション）
• 初期条件を計算条件の中心値に設定して過渡の振れ幅を小さくする

FluentでPR-EOSを使うとき、粘性にSutherlandの式をそのまま使う人がいるが、超臨界域ではSutherland式は全く不正確だ。

対策:

• 粘性・熱伝導率もRGPテーブルに含める（REFPROP出力で4列テーブルにする）
• Chung et al.の相関式（高圧域用）を使う
• 超臨界CO₂の場合、Fenghourの相関式が推奨される

$k_{ij}$ はPR-EOSの混合則に入るパラメータで、気液平衡データにフィッティングして決める。文献値を使うのが基本だが、データがない系では $k_{ij} = 0$ にするしかない。

確認すべきこと:

• DDB（Dortmund Data Bank）やNIST TDEで $k_{ij}$ の文献値を調査
• $k_{ij}$ の感度分析を行う（$\pm$0.05の変動で結果がどう変わるか）
• 可能なら相平衡実験データと照合してEOSの予測精度を確認

そう。CFDの設定だけでなく、状態方程式の適用範囲や物性データの品質を理解していないと、一見もっともらしいが誤った結果を出してしまう危険がある。