構造格子 — 実践ガイドとベストプラクティス

ICEM CFD Hexaを例に、翼型周りの構造格子生成の典型フローを示そう。

1. CADインポートと形状簡略化: 不要なフィレット・穴を除去

2. ブロックトポロジー設計: O-grid（翼周り）+ H-grid（遠方場）の組み合わせ

3. エッジパラメータ設定: 壁面第1層 $\Delta y_1$ を $y^+ \approx 1$ から算出

4. 格子生成と品質確認: ヤコビアン、直交性、アスペクト比をチェック

5. ソルバーフォーマットへのエクスポート: Fluent .msh、CGNS等

まず代表的なレイノルズ数から壁面摩擦係数を推定する。平板近似で

から壁面せん断応力 $\tau_w = \frac{1}{2} C_f \rho U_\infty^2$、摩擦速度 $u_\tau = \sqrt{\tau_w / \rho}$ を求めて、

で算出する。例えば $Re_L = 10^6$、空気の場合、$y^+ = 1$ で $\Delta y_1 \approx 2 \times 10^{-5}$ m 程度になる。

定石がいくつかある。

一般的にはC-gridかO-gridだ。C-gridは後縁が鋭い翼型に向いていて、ウェイク領域の格子品質が良い。O-gridは鈍頭物体に向いている。ICEM CFD Hexaでは、まず大きなH-gridブロックを作り、翼面に沿ってO-grid分割を施すのが定番だ。

CFD特有の指標を押さえよう。

構造格子の境界層では壁面平行方向に比べて法線方向が非常に薄いから、アスペクト比は数百〜千のオーダーになるのが普通だ。流れが壁面に沿っている限り、これは問題にならない。むしろ壁面法線方向の解像度が十分であることの方が重要だ。