Reynolds応力モデル（RSM） — トラブルシューティングガイド

症状: 残差が発散、NaN/Infが発生

原因: RSMの初期値が不適切（ゼロ初期化した等）、Under-relaxationが高すぎる、メッシュ品質不良

対策:

• k-epsilon Realizableで収束解を得てからRSMに切替える（最重要）
• Under-relaxationを下げる: Reynolds Stresses = 0.3、Turbulent Dissipation Rate = 0.3
• Fluentでは Stabilization Method を "Implicit Body Force" にする
• メッシュのスキューネスを0.85以下に抑える

物理的に、レイノルズ応力テンソルの固有値は非負でなければならない（$k \geq 0$、各成分の分散は非負）。数値誤差でこの条件が破れると非物理的な解になる。

対策:

• Fluentでは Realizability Enforcement を有効にする
• SSGモデルはLRRモデルより実現可能性を保ちやすい
• ソース項の陰的線形化が適切か確認

原因: 流れの異方性が弱い（単純な管路流、完全発達流れ等）。RSMの利点が出るのは旋回流や曲がり管のような異方性が強い流れだ。

対策:

• まず異方性指標 $A = 1 - \frac{27}{2}\det(a_{ij}^*)$ をポスト処理で確認。$A$ が0に近ければ等方的で、RSMの優位性がない
• 単純な流れなら k-epsilon 系に戻してコストを節約する

症状: 壁面近傍でレイノルズ応力が振動し、収束しない

対策:

• $\varepsilon$ベースのRSMから$\omega$ベースのBSL-RSMに変更
• 壁面処理をEnhanced Wall Treatment（$y^+ \approx 1$）に変更
• 壁面反射項のモデル（Gibson-Launder）が不適切な場合は無効にしてみる

以下のステップで判断できる。

1. k-epsilon Realizable で計算を実行

2. 渦粘性比 $\mu_t/\mu$ の分布を確認

3. ストレインレートとローテーションレートの比 $S/\Omega$ を計算。$S/\Omega$ が1から大きくずれる領域があればRSMの検討価値がある

4. 実験データがある場合、二次流れパターンがk-epsilonで再現できているか確認