キャビティ流れ（蓋駆動） — 商用ツール比較と選定ガイド

ベンチマーク問題としてはどのツールでも解けるが、教育・学習目的での使いやすさに差がある。

OpenFOAM の入門チュートリアルとして $FOAM_TUTORIALS/incompressible/icoFoam/cavity/cavity が提供されている。$20 \times 20$ の粗い均一格子で Re = 10 のキャビティ流れを解く。

これをベンチマーク用に拡張するには、

• メッシュを $128 \times 128$ 以上に変更（blockMeshDict の hex の分割数を変更）
• $\nu$ を変更して Re = 100, 400, 1000 を計算
• sampleDict で中央線データを抽出
• Ghia データ（テキストファイルで入手可能）と Python matplotlib で比較プロット

Fluent の場合は以下の手順だ。

1. Meshing: 正方形領域に Face Meshing で $128 \times 128$ の均一格子を生成

2. Setup: Viscous Model → Laminar、Fluid Material → 密度と粘度を設定

3. Boundary Conditions: 上壁面を Moving Wall（$U = 1$ m/s, $x$ 方向）、他は Stationary Wall

4. Solution Methods: SIMPLE、Second Order Upwind

5. Reference Values: 圧力の Operating Point を設定（浮動圧力を避ける）

6. Run: 3000〜5000 iterations で残差が $10^{-6}$ 以下に収束

7. Post: 中央線上のXY Plot で速度プロファイルを確認

COMSOL では数クリックで設定できる。

1. 2D モデル → Laminar Flow (spf) を選択

2. 正方形ジオメトリ（$1 \times 1$ m）を作成

3. 上辺を Wall → Sliding Wall（$U_w = 1$ m/s）に設定

4. 他の3辺は No Slip（デフォルト）

5. Fluid Properties で $\mu$ と $\rho$ を設定（Re に対応）

6. Mapped メッシュで均一分割

7. Stationary Study で求解

8. Line Graph で中央線上の速度を Ghia データと比較

その通り。同じ問題を OpenFOAM, Fluent, COMSOL で解いて結果を比較するのは、各ツールの特性を理解する良い方法だ。離散化スキームの影響もよく分かる。