実在気体効果 — 商用ツール比較と選定ガイド

主要ツールの実在気体対応状況を比較しよう。

CFDツールではなく、オープンソースの熱力学物性ライブラリだ。Python/C++から呼び出せて、200種以上の流体の物性を高精度に計算できる。REFPROPが有償なのに対しCoolPropは無料。CFDの前処理でRGPテーブルを作成する用途に最適だ。

2つのアプローチがある。

アプローチ1: Peng-Robinson EOS

• Materials → Fluid → Density: real-gas-peng-robinson を選択
• 臨界温度、臨界圧力、離心因子、分子量を入力
• 注意: $c_p$ はNASAポリノミアルで温度依存性を指定

アプローチ2: NIST RGPテーブル

• REFPROPまたはCoolPropで物性テーブル（.rgp形式）を生成
• Materials → Fluid → Density: real-gas-property-table を選択
• .rgpファイルを読み込み
• テーブルの温度・圧力範囲が計算条件を網羅していることを確認

臨界点から離れた条件ならPR-EOSで十分。臨界点近傍の超臨界流体ならテーブル法一択だ。テーブル法の方が計算も速い。テーブルの解像度は温度方向200点、圧力方向100点程度が目安だ。

STAR-CCM+はMulti-Component Gas modelとPR-EOS、さらにIAPWS-IF97（水・蒸気専用高精度EOS）をサポートしている。テーブル法もField Function経由で柔軟に実装可能だ。

特にLNG関連ではMultiphase + Equation of Stateの組み合わせで気液平衡を含む二相流計算ができる。Flash計算（圧力-エンタルピーフラッシュ）も組み込まれていて、LNGのBOG予測に使われる実績がある。

まとめると、超臨界CO₂ならFluent or CFXのRGPテーブル、LNG多成分系ならSTAR-CCM+ or CFX、高温解離空気なら専用コード（DPLR, hy2Foam）という使い分けになる。