軸流圧縮機段 — 収束不良と非物理解の対処法

圧縮機CFDの収束不良は翼列特有の原因が多い。チェックリストを見てみよう。

一番多い原因がこれだ。サージ限界を超えた背圧を設定すると物理的に定常解が存在しない。まずは背圧を下げて収束を確認し、段階的に上げていくこと。

上流ロータの出口と下流ステータの入口でスパン方向のメッシュ分布が大きく異なると、Mixing Planeでの補間で数値的なスパイクが生じる。特にハブやシュラウド付近の曲率変化が急な箇所で起きやすい。

対策: 段間インターフェース前後のメッシュでスパン方向の節点分布を概ね揃える。

チップクリアランスのメッシュが歪んでいると、高マッハ数のチップ漏れ流れで負の圧力が発生して発散する。

対策: チップ領域の最小直交品質が0.15以上、最大アスペクト比が1000以下になるようにメッシュを調整する。

以下の項目を確認しよう。

よくある。メッシュが粗いと数値拡散で損失が過大評価される（効率低め）。逆に壁関数の適用が不適切で摩擦損失が過小評価されると効率が高く出る。y+の値を必ず確認して、選択したモデルの前提範囲に入っているかチェックすることが最重要だ。

CFXの場合、1パーティションあたり5万～10万セルが効率的だ。例えば800万セルなら80～160パーティション。ただしMixing Planeのインターフェースをまたぐ分割は通信コストが増えるから、ドメイン境界でのパーティショニングに注意が必要だ。