撹拌槽CFD — トラブルシューティングガイド

チェックポイント:

• MRF回転ゾーンの境界位置（インペラに近すぎると過小評価）
• インペラ翼面のメッシュ解像度（翼面に少なくとも20セル）
• バッフルが回転ゾーンの外側にあるか確認（バッフルをMRFゾーンに含めるとNpが激減する）
• 壁面処理（Enhanced Wall Treatmentの場合y+ ≒ 1を確認）
• Moment参照点が回転軸と一致しているか

そう。バッフルが回転座標系で解かれると、相対速度がゼロに近くなり、バッフルの抵抗効果が消えてしまう。

症状: MRFゾーンの境界面で不自然な速度の不連続が見られる。

対策:

• MRFゾーンの境界面を、流れの大きな勾配がある場所から離す
• 境界面のメッシュサイズを内外で一致させる（大きな差があると補間誤差が大きくなる）
• Sliding Meshに切り替えて検証する

対策:

• 時間ステップを小さくする（インペラが1ステップで回転する角度が1°〜5°以下）
• MRFの定常解を初期条件として使用（ゼロからスタートしない）
• AMI/Interface面のメッシュサイズを両側で一致させる
• PIMPLEアルゴリズム（OpenFOAM）またはPISO（Fluent）を使用

時間ステップの目安:

チェックポイント:

• 乱流拡散が適切に計算されているか（乱流Schmidt数 $Sc_t$ のデフォルト値0.7は撹拌槽で妥当）
• トレーサーの初期配置が実験と同じ位置か
• 混合時間の判定基準が実験と同じか（±5% vs. ±2%）
• MRFの定常解で混合時間を評価していないか（Sliding Meshが必須）

対策:

• VOFのCourant数を0.25以下に制限
• Geo-Reconstruct（Sharp Interface）の代わりにCICSAMを使う
• 液面変形が小さい場合はフラットフリーサーフェス（Symmetry BC）で近似
• 渦中心の空気巻き込み（Vortex Ingestion）が起きる条件では、VOF+LESが必要

フルード数 $Fr = N^2 D / g$ が十分小さい（< 0.1程度）場合は液面変形が小さいのでSymmetry近似が妥当だ。高速撹拌でFr > 0.3になると渦による液面低下が無視できなくなる。