DEM-CFD連成 — トラブルシューティングガイド
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DEM-CFD連成 — トラブルシューティングガイド
トラブルシューティング
DEM-CFD連成でよくあるトラブルを教えてください。
順番に見ていこう。
1. 粒子がメッシュを突き抜ける
症状: 粒子が壁面やCFDドメインの外に出てしまう。
対策:
- DEMタイムステップが大きすぎる。Rayleigh時間の20%以下に設定
- 壁面のDEM境界がCFDメッシュと一致していることを確認
- 接触力のばね定数が適切か確認
2. 圧力損失が実験と合わない
流動層の圧力損失がずれる場合はどうすればいいですか？
対策:
- 抗力モデルの選択を見直す（Gidaspow vs. Koch-Hill）
- CFDセルサイズが粒子径の3〜5倍であることを確認
- ボイド率計算のスムージング方法を変更
- 粒子充填率が実験と一致しているか確認
3. 計算が異常に遅い
原因と対策:
- DEMタイムステップが小さすぎる: ヤング率を低減（$10^7$〜$10^8$ Pa）
- 粒子数が多すぎる: coarse-graining法を適用
- 負荷分散: DEMとCFDで異なる並列分割戦略を使い、各コアの負荷を均等化
4. 粒子が不自然に凝集する
症状: 粒子が固まったまま動かない。
対策:
- 摩擦係数が高すぎないか確認（静摩擦 < 0.5が一般的）
- 転がり摩擦が過大でないか確認
- 粘着力モデル（JKR等）が意図せず有効になっていないか確認
5. ツール固有の注意点
| ツール | 注意点 |
|---|---|
| EDEM + Fluent | 連成時間間隔がCFDタイムステップと一致していることを確認 |
| Rocky DEM | GPU計算時のメモリ制限に注意（粒子数×属性データ） |
| CFDEMcoupling | ボイド率平滑化の半径パラメータ（voidfractionModel）が解に影響 |
| Fluent DEM | ネイティブDEMの粒子形状は球形のみ（非球形はUDF必要） |
Coffee Break よもやま話
粒子が重なって発散する——DEM計算の典型的崩壊パターン
DEM-CFD計算が発散する最も多い原因は「粒子の過剰重なり（overlap）」です。初期配置で粒子同士が重なっていると、接触バネが無限大の斥力を生じて速度が爆発します。対策として粒子を低密度ガスとして拡散充填するrun-in計算が標準的なプロセスです。DEM安定条件はΔt < 0.1×√(m/k_n)（m:粒子質量、k_n:法線剛性）で与えられ、粒子径が1 mmから0.1 mmに変わるとΔtが1/10になって計算時間が10倍になります。小径粒子系では「coarse-graining（粗視化）」による仮想的な粒径拡大が実務上の回避策です。
トラブル解決の考え方
「解析が合わない」と思ったら
- まず深呼吸——焦って設定をランダムに変えると、問題がさらに複雑になる
- 最小再現ケースを作る——DEM-CFD連成の問題を最も単純な形で再現する。「引き算のデバッグ」が最も効率的
- 1つだけ変えて再実行——複数の変更を同時に行うと、何が効いたか分からなくなる。科学実験と同じ「対照実験」の原則
- 物理に立ち返る——計算結果が「重力に逆らって物が浮く」ような非物理的な結果なら、入力データの根本的な間違いを疑う
関連トピック
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