標準k-εモデル — トラブルシューティング

症状: 残差が増大し計算が停止。"Floating point exception" 等のエラー。

原因と対策:

• $\varepsilon$ が0に近づく: 初期条件で $\varepsilon$ が小さすぎる → $\mu_t/\mu = 1\sim10$ になるように初期値を設定
• メッシュ品質不良: 高アスペクト比セルや負体積 → メッシュ品質チェック（skewness < 0.95, orthogonality > 0.1）
• 急激な形状変化: 段差や急拡大部 → 緩和係数を下げ、1次風上で初期化してから2次へ切替え

標準壁関数が不適切になり、壁面摩擦係数や熱伝達率が不正確になる。対策は3つ。

1. メッシュを粗くする: Inflation層の第1層高さを大きくする

2. Scalable Wall Functionに切替え: $y^+ = \max(y^+, 11.2)$ として計算するので安全

3. Enhanced Wall Treatmentに変更: この場合は $y^+ \approx 1$ にメッシュを細分化する

標準k-εの典型的な問題だ。$P_k$ の過大評価により再循環領域が短くなりがちだ。

対策:

• Realizable k-εに切替え: $C_\mu$ の可変化により改善
• SST k-ωに切替え: 剥離流の予測では最も信頼性が高い
• $P_k$ のリミッター: Kato-Launder修正（$P_k = \mu_t S \Omega$）を有効にする。FluentではTUIで設定可能

Stagnation point anomalyと呼ばれる問題だ。淀み点では法線方向のひずみ速度が大きいため、$P_k = \mu_t S^2$ が過大になる。

対策:

• Kato-Launder修正: 渦度 $\Omega$ をひずみ速度 $S$ と組み合わせて生成項を修正
• 生成項リミッター: $P_k \leq c \cdot \rho \varepsilon$（$c = 10$ 程度）で打ち切り
• Fluent: /define/models/viscous/turbulence-expert/kato-launder yes

もちろんある。これらの問題が解析の主要な関心事に影響する場合は、SST k-ωやRealizable k-εへの切替えを迷わず検討すべきだ。モデル変更は数分の作業だが、メッシュ修正やパラメータチューニングは何時間もかかる。