噴流（ジェット流れ） — トラブルシューティングガイド

症状: 噴流の半値幅 $r_{1/2}$ の勾配が文献値（$\approx 0.094$）と $20\%$ 以上ずれる。

原因と対策:

• 標準 $k$-$\varepsilon$ 使用 → Realizable $k$-$\varepsilon$ か SST $k$-$\omega$ に変更（ラウンドジェット異常）
• 計算領域が短すぎる → 自己相似領域（$x > 20D$）が含まれるように延長
• ノズル出口条件が不適切 → 実験の出口境界層厚さを再現する入口プロファイルを使用

原因: 入口に現実的な乱流変動が与えられていない。層流的なせん断層からのK-H渦のロールアップが遅れる。

対策:

• 合成乱流入口条件（SEM, DFSEM）を使用
• ノズル内部まで計算領域に含める（$3\text{--}5D$ 上流からノズル内部を解く）
• 入口の乱流強度を実験値（通常 $1\text{--}5\%$）に合わせる

原因と対策:

噴流は周囲流体を巻き込む（エントレインメント）ので、側面境界から自然に流入が起こる必要がある。

• 圧力inlet/outlet: 全圧と静圧を指定。逆流が許容される
• Fluent: Pressure Outlet を側面に設定し、「Backflow Direction」を「Normal to Boundary」に
• OpenFOAM: pressureInletOutletVelocity + totalPressure の組み合わせ
• NG: 速度inlet（一様流 $U = 0$）を使うと流入が阻害される

噴流の統計量（特にReynolds応力）は収束が遅い。

目安:

• 1次統計（平均速度）: $50 T_{ft}$ 程度で収束
• 2次統計（Reynolds応力）: $100\text{--}200 T_{ft}$ 必要
• 3次以上（スキューネス等）: $500 T_{ft}$ 以上

そうだ。統計の収束を加速するには、方位角方向の平均（軸対称噴流の場合）や、複数のスナップショットからのアンサンブル平均を組み合わせるとよい。