ファン・送風機CFD — 逆流問題とモータ干渉の対処
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出口境界での逆流
ファンのCFDで出口境界に逆流警告が出るんですが…
ファンの出口は旋回成分が残っているから、特にハブ付近やシュラウド付近で局所的に逆流が発生しやすい。対処法は以下だ。
1. 出口境界を下流に延長: ファン出口から直径の2～3倍下流に出口面を置く
2. Opening BCに変更: CFXのOpening境界は流入・流出の両方を許容する
3. 出口ダクトの追加: 現実の据付条件に合わせたダクトをモデルに含める
Openingにすると何か問題はありますか？
全圧が指定値で固定されるから、ファン自体の全圧上昇の評価はファン出口直後の内部面で行う必要がある。出口面の値は使わないこと。
MRF界面の不連続
MRFの計算結果で、回転域と静止域の界面に速度の不連続が見えます。これは問題ですか？
MRFは「フローズンロータ」に相当するから、翼の位置が固定された状態での近似解だ。界面での速度不連続は避けられない。全体性能には影響が小さいが、ウェイクの詳細構造を見たいならSliding Meshに切り替える必要がある。
モータ部の扱い
ファンの中心にあるモータ部分はどうモデル化しますか？
DCファンのモータは通常、翼のハブ部に位置する。CFDモデルでは以下の2通りがある。
- ソリッド壁として扱う: 最も単純。モータ外形を回転壁として設定
- 熱源として扱う: モータ発熱の影響を評価する場合、内部に体積熱源を設定
モータの支持ストラットは入れるべきですか？
ストラットによるファン吸い込み側の流れの歪みは性能に5～15%影響する場合がある。性能評価目的なら含めるべきだ。騒音予測では必須で、ストラット-翼干渉がBPFの高調波成分を生む。
メッシュ品質チェックリスト
ファンCFDのメッシュで最終確認すべき項目は？
| チェック項目 | 基準値 | 確認方法 |
|---|---|---|
| 翼面y+ | 1～5（SST Low-Re） | CFD-Post壁面プロット |
| MRF界面メッシュサイズ比 | 1:1～1:2 | 界面両側のセルサイズ確認 |
| チップ隙間の径方向セル数 | 10以上 | 断面メッシュ確認 |
| 翼前後縁の周方向セル数 | 前縁に20以上 | O-grid設定確認 |
| 出口境界の逆流率 | 5%以下 | ソルバーログ確認 |
ファンCFD特性曲線の実測との乖離——入口乱流と据え付け効果の見落とし
ファンCFDで全圧が実測より10〜15%高くなる過大評価は、入口条件の設定ミスが原因の代表例だ。実際のファンは吸い込み口に障害物（グリル、フィルタ）があり、入口速度分布が一様ではない。CFDで一様入口条件（uniform velocity）を仮定すると、実際より良好な入口条件になるため全圧が高く出る。また「据え付け効果（Installation Effect）」——ファンを筐体内に実装した際の入口・出口干渉が性能に10〜20%の影響を与えることが知られているが、単体ファンで解析すると据え付け損失が無視される。対策はISO 5801規格（ファン試験方法）の試験条件をCFDモデルに忠実に再現してから、実際の据え付け条件に切り替えるという2段階解析だ。
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——ファン・送風機CFD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
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