ウィンデージ損失 — 2D/3Dモデルの使い分けと検証
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2D vs 3Dモデル
ウィンデージ解析は2Dで十分ですか？
場合による。
| 条件 | 推奨 |
|---|---|
| 軸対称ロータ（滑らかな面） | 2D軸対称で十分 |
| ボルト頭や冷却孔がある | 3Dセクターモデル |
| ラビリンスシール付き | 2D軸対称（シール歯が軸対称なら） |
| 非軸対称形状（翼付きディスク） | 3Dフルモデル or セクター |
2Dと3Dで結果はどのくらい違いますか？
滑らかなディスクなら差は5%以内だ。ボルト頭が突出している場合は3Dでないとドラッグが過小評価される。ボルト頭1つで$C_M$が10～30%増加することがある。
収束判定
ウィンデージ解析の収束はどう判定しますか？
ロータ表面のトルクをモニターする。定常計算ならトルクの変動が0.1%以内に収まれば収束だ。
よくある間違い
ウィンデージ解析でやりがちなミスは？
2. 層流計算: 産業機械のRe_thetaは$10^6$以上で確実に乱流。層流設定だと$C_M$が桁違いに低くなる
3. コア回転率の無視: 隙間内の流体はディスクと同じ速度では回転しない。コア回転率（典型的に0.3～0.5）を正しく予測するには十分なメッシュ解像が必要
4. 突起物の省略: ボルト、配線ガード等の突起を省くと損失を大幅に過小評価する
コア回転率って何ですか？
ディスク間の中央（コア）の流体がディスク角速度の何割で回転しているかを示す指標だ。隙間が大きいとコア回転率は0.3～0.4程度で、ディスクの半分以下の速度で回転する。この値がウィンデージ損失の大きさを左右する。
ウィンデージ損失CFDが実測の2倍——ディスク間隙の流れモデルの選択ミス
ターボ機械のディスク・ハウジング間の「ウィンデージ損失（Windage Loss）」のCFD予測が実測の2倍になる場合、ロータリングの流れ体制の判断ミスが多い。ディスク間の流れはGap Ratio G = s/R（s:間隙、R:半径）と回転Reynolds数Reomega = omega*R^2/v で4つの体制（I〜IV）に分類される（Daily & Nece 1960）。G<0.01の狭い間隙でReomega>10^5の乱流域（体制IV）では境界層が合流し、流速分布が大きく変わる。この体制判別を誤るとウィンデージトルクの予測が2〜3倍ズレる。CFDでは間隙をGeometry上で正確に再現し（簡略化・省略しない）、y+<1のLow-Re壁面処理を使うことが精度の基本条件だ。
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