クエット流れ（平行平板間せん断流） — トラブルシューティング

以下を順に確認する。

1. 乱流モデルの確認: Laminar model になっているか。k-εやk-ωが有効だと乱流粘性が加わり非線形になる

2. 境界条件の確認: 壁面速度が正しく設定されているか。特にOpenFOAMでは0/Uの上壁・下壁の設定を確認

3. 入口・出口条件: 圧力勾配がゼロであることを確認。入口速度境界条件を使っている場合、出口条件との組み合わせで意図しない圧力勾配が発生することがある

4. 重力の確認: 重力が有効になっていると静水圧勾配が生じる（水平流れなら影響なし、垂直流れなら影響大）

反復法の収束残差を確認する。simpleFoamのデフォルト残差基準が$10^{-5}$程度だと、速度場にその程度の誤差が残る。residualControlでUの基準を$10^{-8}$以下に設定すれば機械精度近くまで追い込める。

blockMeshで z 方向を1セルにし、前後面にempty境界条件を設定する。よくあるミスは:

• z方向のセル数を2以上にしてemptyを忘れ、3D計算になってしまう
• empty面のパッチタイプをwall等にしてしまい、摩擦が加わる
• 前後面のメッシュが平面でない（blockMeshの座標入力ミス）

クエット流れのような2D問題であれば、3D（z方向に複数セル + symmetry）で解いても同じ結果になるべきだ。一致しなければempty境界条件の実装に問題がある。これも一種の回帰テストとして有用だ。

クエット流れは本質的に単純だからSIMPLEで十分収束するはずだ。収束が遅い場合:

• 初期条件を理論解に近い値（例えば一様に $U/2$）にする
• 緩和係数を確認。Uの緩和は0.7、pの緩和は0.3が標準
• 行列ソルバーの設定を確認。UにはsmootherSolver + GaussSeidel、pにはPCG + DICが標準

10反復以内に$10^{-6}$以下に収束しなければ設定に問題がある。この問題で100反復以上かかることはあり得ない。

同様だ。これらのソルバーはデフォルト設定でクエット流れを数十反復で収束させる。収束しない場合はまず単位系の確認だ。Fluentはデフォルトでm, kg, sだが、mmで入力してしまうと物性値のオーダーがずれて収束が極端に遅くなることがある。