プロペラCFD解析 — 典型的な問題と対処法

まず以下を確認しよう。(1) 翼面メッシュが前縁曲率を十分に解像しているか（前縁に10セル以上）。(2) $y^+ < 1$ を達成しているか。特にSST k-ωでは $y^+$ が5〜30の中途半端な値だと精度が悪化する。(3) 翼端の後流が十分に解像されているか。メッシュ感度分析で収束を確認する。

オープンウォーター条件（一様流入）ならMRFとSliding Meshの定常平均値はほぼ一致するはず。差が5%以上あるなら、MRFのインターフェース面でのメッシュ不整合が原因の可能性がある。FluentではMesh InterfaceのInterpolation方法をConservativeに設定し、orphan cellsがないか確認しよう。

時間刻みが大きすぎる可能性がある。プロペラが1ステップで回転する角度を1度以下にするのが目安。$n = 10$ rpsなら $\Delta t < 1/(360 \times 10) \approx 2.8 \times 10^{-4}$s。また、sliding interface上のメッシュサイズが回転域と固定域で大きく異なると補間エラーが出る。interface面のセルサイズを揃えるのが重要だ。

キャビテーションモデルの追加は数値的に不安定になりやすい。(1) まず非キャビテーション条件で十分に収束した流れ場を初期値にする。(2) 時間刻みをさらに小さくする（$\Delta t \sim 10^{-5}$s）。(3) VOFのunder-relaxationを0.3程度に下げる。(4) Courant数を0.5以下に抑える。STAR-CCM+のAutomatic CFL Ramping機能は初期の不安定期を自動的に乗り越えるのに有効だよ。