磁気流体力学（MHD） — 商用ツール比較と選定ガイド

MHDは電磁場とCFDの連成が必要なので、ツール選定が重要だ。

FluentにはMHDモジュールが搭載されている。

• 対応: 低Rm近似（電位法）。外部磁場を読み込み、Lorentz力を自動計算
• 設定: Models > MHD で有効化。磁場はUser-Defined or Profile入力
• 連成: Ansys MaxwellやAnsys EMFからの磁場データをWorkbench経由でマッピング
• 乱流: MHDが乱流に与える影響のモデリング（Sommeria-Moreau, Knaepen-Moreau）
• 制限: 高Rm問題、自己誘導磁場は非対応

COMSOLはMHDに非常に強い。

• AC/DCモジュール + CFDモジュール の連成でMHDを解く
• 低Rm/高Rm両対応: 電位法とフル誘導方程式の両方をサポート
• Lorentz力の自動計算: 電磁場と流体場の双方向連成が標準機能
• AC磁場対応: 交流磁場による電磁攪拌のモデリング
• 弱点: 大規模3D問題（1000万セル超）ではメモリ・計算時間が課題

OpenFOAMにはMHDソルバーが含まれている。

• mhdFoam: 磁場の誘導方程式をフルに解くソルバー（高Rm対応）
• electrokinetics: 電場駆動の流れ（EOF、電気化学）
• カスタム実装: 低Rm近似の電位法ソルバーを自作する研究者が多い
• コミュニティ: Hartmann流れ、MHD乱流のチュートリアルが多数

典型的な連成ワークフロー（連続鋳造の場合）:

```

Maxwell/JMAG → 磁場分布B(x,y,z) → エクスポート

↓

Fluent/STAR-CCM+ で

CFDメッシュにマッピング

↓

MHD連成計算（定常 or 非定常）

↓

Lorentz力、流れ場、温度場

```

磁場のマッピング精度が重要だ。電磁場の計算メッシュとCFDメッシュは通常異なるため、補間誤差に注意が必要。Ansys Workbenchの場合、System Coupling でメッシュ間の自動マッピングが可能。