後流（ウェイク） — トラブルシューティングガイド

原因と対策:

確認ポイント:

• メッシュの対称性: 非構造メッシュの場合、対称面でメッシュが非対称になることがある。対称面に合わせてメッシュを生成する
• 非定常性: 実は物理的に非対称かもしれない。カルマン渦列は瞬時には非対称だ。時間平均を取ると対称になるはず
• ヒステリシス: 高Re数では複数の安定状態が共存する場合がある。Ahmed bodyの $\phi = 25°$ 近傍など

後流の構造は剥離位置に支配されるため、壁面の剥離位置を正しく予測することが最も重要だ。

対策:

• $y^+$ の確認: 壁関数使用時は $30 < y^+ < 300$、壁面解像時は $y^+ < 1$
• 遷移モデル: 層流境界層からの遷移位置が重要な場合（球の抗力危機など）、$\gamma$-$Re_\theta$ 遷移モデルを使用
• Grid Induced Separation (GIS): DDESを使ってRANS領域の境界層をLESに切り替える際のメッシュ起因の非物理的剥離を防止

DES の最大の問題は「灰色領域」だ。RANS領域とLES領域の遷移領域で、どちらのモデルも十分に機能しない。

症状: 剥離直後の渦が解像されず、本来あるべき乱流構造が発達しない。Modelled Stress Depletion (MSD) とも呼ばれる。

対策:

• DDES（Delayed DES）を使用して境界層内のLES化を防ぐ
• IDDES（Improved DDES）でさらに改善
• シールド関数のキャリブレーションを確認
• メッシュの粗密遷移を滑らかにする（急激なメッシュ変化はNG）

後流の運動量積分から求めた抗力と、壁面の圧力・摩擦力の積分から求めた抗力が一致しない場合、

• 運動量積分の断面位置が不適切: 物体から離れすぎると後流が計算領域外に出る。近すぎると圧力項が大きく不確実
• 出口境界条件の影響: 出口が近すぎると運動量が保存されない
• メッシュ収束していない: 両方の値がメッシュを細かくしても一致に向かわない場合は、より根本的な問題がある

その通りだ。壁面積分と後流の運動量積分の一致は「conservation check」として非常に有用だ。差が $5\%$ 以内であれば許容範囲、$1\%$ 以内なら非常に良い結果だ。