凍結ロータ法 — 数値的不安定の原因と対策
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Frozen Rotor界面の収束問題
Frozen Rotor計算で界面付近の残差が下がりません。何が原因ですか？
いくつかの原因がある。
1. ピッチ比が大きすぎる
ピッチ比が2以上だと補間による数値的なオーバーシュートが発生しやすい。翼枚数の最大公約数でセクターモデルを組めないか検討しよう。
2. 界面前後の大きな速度差
回転域と静止域で速度が大きく違うと問題になりますか？
当然だ。回転系の相対速度から静止系の絶対速度に変換する際に大きな不連続が生じると収束が悪化する。初期条件として前の運転点の解を使うか、回転数を徐々に上げるランピングが有効だ。
3. GGI面のメッシュ不整合
界面両側のメッシュサイズが大きく異なると補間精度が劣化する。回転側と静止側で界面近傍のセルサイズを概ね揃える（比1:2以内）こと。
回転数ランピング
回転数ランピングって具体的にはどうするんですか？
CFXではExpert Parameterで回転速度をステップごとに増加させる設定が可能だ。例えば目標3000rpmに対して、最初300rpmで100イテレーション、次に1000rpm、最後に3000rpmと段階的に上げる。FluentではUDF内でZone Motionの回転速度を時間関数として記述する。
Frozen Rotor → Sliding Meshへの移行
Frozen Rotorの結果をSliding Meshの初期値に使えますか？
使える。CFXではFrozen Rotorの結果ファイル（.res）をSliding Meshの初期条件としてリスタートできる。これで非定常計算の立ち上がりを大幅に短縮できるんだ。
それは便利ですね。
設計のワークフローとしては、Frozen Rotorで概算→Sliding Meshで精緻化という2段階アプローチが最も効率的だ。
フローズンローターCFDで圧力比が安定しない——界面インターポレーションのミスマッチ
フローズンローター解析で「ロータ-ステータ界面を挟んで圧力に急なジャンプが生じる」問題は、インターフェースの流量保存精度に起因する。特に非一致界面（Non-Conformal Interface）では、ロータ側とステータ側のセル数・サイズが異なり、面積加重平均によるフラックス交換で質量が保存されないケースがある。診断手順：①界面の両側で積分した質量流量を比較し、1%以上の差があれば設定ミス。②インターフェースに混在した設定（ミキシングプレーンとフローズンローターの同時指定）がないか確認。③ロータ側とステータ側のメッシュが界面付近で大きさが揃っていない場合はリファイン。界面近傍のセルアスペクト比が10を超える場合は補間誤差の主因になるため、必ず品質チェックを実施する。
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——凍結ロータ法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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