境界層理論 — トラブルシューティングガイド

壁面メッシュと乱流モデルの不整合が最も多い。典型例を見ていこう。

症状: 壁面せん断応力や熱伝達率が実験値と20%以上ずれる。

原因: 壁関数は $y^+ > 30$ を仮定、Low-Reモデルは $y^+ \approx 1$ を要求。バッファ層はどちらにも適合しない。

対策: Enhanced Wall Treatment（Fluent）やAll-y+ Treatment（STAR-CCM+）を使うか、メッシュを修正して $y^+$ を目標範囲に入れる。

対策: 剥離が支配的な流れではk-epsilonを避け、SST k-omegaまたはLESを使う。k-epsilonは壁面近傍の運動エネルギーを過大評価するため、剥離が遅れる傾向がある。

確認方法: 壁面法線方向のプロファイルを $u^+$ vs $y^+$ でプロットし、理論的な対数則と比較する。

乖離が大きい場合の原因:

• メッシュの成長率が大きすぎる（1.3超）
• 境界層内のセル数が不足（最低10層は必要）
• 上流の助走区間が不足

症状: 翼の抗力が実験値の1.5〜2倍（層流領域を全て乱流として計算）。

対策: gamma-Re_theta遷移モデルを有効化する。フリーストリームの乱れ強度 $Tu$ を正しく設定する（風洞なら $Tu \approx 0.1\%$〜1%、実環境なら $Tu \approx 1\%$〜5%）。

その通り。$y^+$の意味、対数則の成り立ち、形状係数の物理的意味を理解していれば、問題の切り分けがずっと速くなる。