プロペラキャビテーションFSI — トラブルシューティングガイド

Q: 計算しても実験で観測されるキャビテーションが再現できません。

チェックポイントを整理しよう。 確認項目詳細 蒸気圧の設定温度に対応した正しい$p_v$を設定しているか 参照圧力operating pressureが正しく設定されているか 乱流モデルSST k-omegaを推奨。k-epsilonは粘度を過大評価しキャビテーションを抑制 メッシュ密度翼面の低圧部が十分に解像されているか 時間刻み定常計算ではキャビテーションが安定しないことがある

Q: $K_T$ や $K_Q$ が実験値から大きくずれます。

$y^+$ の確認: 壁関数の適用範囲外だと摩擦抗力を誤予測 乱流遷移: プロペラ翼面の層流-乱流遷移がRe数に依存。$\gamma$-$Re_\theta$遷移モデルの適用を検討 tip vortex解像: 翼端渦の解像が不足するとキャビテーションパターンが変わる 壁面粗さ: 実機の翼面粗さを$k_s$パラメータで設定

カテゴリ: 連成解析 | 2026-02-20

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CAE visualization for propeller cavitation fsi troubleshoot - technical simulation diagram

プロペラキャビテーションFSI — トラブルシューティングガイド

キャビテーションが発生しない

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計算しても実験で観測されるキャビテーションが再現できません。

🎓

チェックポイントを整理しよう。

確認項目	詳細
蒸気圧の設定	温度に対応した正しい$p_v$を設定しているか
参照圧力	operating pressureが正しく設定されているか
乱流モデル	SST k-omegaを推奨。k-epsilonは粘度を過大評価しキャビテーションを抑制
メッシュ密度	翼面の低圧部が十分に解像されているか
時間刻み	定常計算ではキャビテーションが安定しないことがある

推力・トルクの不一致

🧑‍🎓

$K_T$ や $K_Q$ が実験値から大きくずれます。

🎓

$y^+$ の確認: 壁関数の適用範囲外だと摩擦抗力を誤予測

乱流遷移: プロペラ翼面の層流-乱流遷移がRe数に依存。$\gamma$-$Re_\theta$遷移モデルの適用を検討

tip vortex解像: 翼端渦の解像が不足するとキャビテーションパターンが変わる

壁面粗さ: 実機の翼面粗さを$k_s$パラメータで設定

🧑‍🎓

FSI連成が収束しない場合の対処法は？

🎓

回転体FSIでは遠心力による初期変形が大きいため、まず構造単体で遠心力解析を実行し、変形後の形状を初期形状としてFSI計算を開始する。また、連成の緩和係数を小さめ（0.2〜0.5）に設定して安定させてから徐々に上げるのが実用的だ。

Coffee Break よもやま話

「解析では問題なし」なのに船が振動する——よくある落とし穴

実務でよく聞く失敗談がある。「キャビテーション-FSI解析で船体振動は問題なし」と出たのに、就航後に船尾甲板が激しく振動し、船員が不快を訴えた事例だ。原因を調べると、解析では均一流入速度を仮定していたのに対し、実際は不均一な伴流（wake）が影響していた。プロペラの前方には船体があるため、流速は円周方向で最大30%もばらつく。この不均一性がキャビテーションの発生タイミングのずれを生み、周期的な圧力脈動を増幅させていた。「均一流入仮定」は計算を簡単にするが、振動問題では特に注意が必要だ。

トラブル解決の考え方

「解析が合わない」と思ったら

まず深呼吸——焦って設定をランダムに変えると、問題がさらに複雑になる
最小再現ケースを作る——プロペラキャビテーションFSIの問題を最も単純な形で再現する。「引き算のデバッグ」が最も効率的
1つだけ変えて再実行——複数の変更を同時に行うと、何が効いたか分からなくなる。科学実験と同じ「対照実験」の原則
物理に立ち返る——計算結果が「重力に逆らって物が浮く」ような非物理的な結果なら、入力データの根本的な間違いを疑う

プロペラキャビテーションFSI — トラブルシューティングガイド

キャビテーションが発生しない

推力・トルクの不一致

「解析では問題なし」なのに船が振動する——よくある落とし穴

トラブル解決の考え方

「解析が合わない」と思ったら

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