CFDにおける輻射モデル — 典型的なトラブルと対策

DOモデルの典型的な問題「ray effect」だ。離散方向の数が不足していると、特定の方向にエネルギーが集中して非物理的な模様が現れる。Theta/Phi Divisionsを増やす（$4 \times 4$ 以上）か、Pixelationを上げて緩和しよう。

DOモデルのAngular Discretizationには直交座標系（$\theta-\phi$）以外にも、FluentではFV-DOM（Finite Volume DOM）が使える。これはray effectを低減する改良型だ。STAR-CCM+のDOMも同様の改良が施されている。もうひとつの手はP1モデルに切り替えることだが、光学的に薄い媒体ではP1の精度が低下するので注意。

面の数が多すぎるのが原因。対策として(1) Face clusteringの数を増やす（Fluentの場合はCluster Number Per Surface Cluster）。面をグループ化してview factorマトリクスのサイズを削減する。(2) 対称性を利用してモデルサイズを半減させる。(3) それでもダメならDOモデルに切り替える。DOはメモリ消費がS2Sより少ない。

壁面の放射率設定か、吸収係数の設定に問題がある可能性が高い。放射率=0（完全反射面）の壁面があると、そこで輻射エネルギーが反射を繰り返してlocal hotspotが形成されることがある。全壁面の放射率が妥当な値（0.1〜0.95）に設定されているか確認しよう。

吸収係数が極端に小さい（$< 10^{-5}$）場合、DOモデルの数値的な不安定性が出ることがある。また吸収係数がゼロの場合、P1モデルは使えない（ゼロ割が発生する）。参加性媒体がないならDOのabsorption coefficientを0.01程度の小さな値にするか、S2Sモデルに切り替えるべきだ。

Fluentでは輻射のresidualに加えて、高温面の表面温度と輻射熱流束のmonitorを設置する。DOモデルのiteration回数が不足していると輻射場が未収束のまま次のflow iterationに進んでしまう。Flow Iteration per Radiation Iterationを10〜20に増やすと改善することが多いよ。