乱流モデルの曲率・回転補正 — トラブルシューティングガイド

よくあるケースを整理しよう。

原因: $f_{rot}$ が反復ごとに大きく変動している可能性がある。特に初期の流れ場が未発達な段階では $r^*$ や $\tilde{r}$ の計算が不安定になりやすい。

対策:

• 補正なしでまず収束させ、その後補正を有効にして再計算
• Fluentでは Under-Relaxation Factor を乱流量について 0.5-0.7 に下げる
• $f_{rot}$ の変化を緩和するために内部で時間平均を取る（一部ソルバーは自動で実施）
• 擬似時間ステップを小さくする

原因と対策:

• メッシュ不足: 周方向・半径方向の解像度を2倍にして再計算。数値散逸による旋回減衰はモデル補正では直せない
• 離散化スキーム: 一次風上差分は旋回を消す。Bounded Central Difference やQUICKに切り替え
• 乱流強度の初期条件: 入口の乱流強度が高すぎると旋回コアが早期に拡散する。実験値に合わせる
• 補正の限界: 強旋回流（$Sw > 2$）ではRANS+補正では限界がある。RSMかDDES/LESを検討

原因: $f_{rot} > 1$ の領域で乱流生成が過剰に増強されている。

対策:

• Production Limiter（$P_k \leq C_{lim} \cdot \rho \varepsilon$ や $P_k \leq 10 \beta^* \rho k \omega$）を有効にする
• $f_{rot}$ の上限を1.25から1.0に変更して試す
• 該当セルのメッシュ品質を確認（高スキューネスが原因の場合あり）

原因: 旋回流やカルマン渦列のような本質的に非定常な流れを定常解析で計算している。曲率補正により物理的な不安定性がより顕在化した。

対策:

• 非定常解析（URANS）に切り替え
• 時間平均量で比較
• 定常解析のままにする場合は残差の振動幅が十分小さいことを確認し、平均値を使用

その通り。補正なしでベースラインを確立し、補正の効果を差分で評価する。二つの変数を同時に変えないのがデバッグの鉄則だ。