境界層メッシュ — CAE用語解説

CFDで壁面近傍を正確に解くためだよ。流体は壁に接する層で急激に速度が変化する——これが境界層。この急変部を四面体の粗いメッシュで計算しようとすると、摩擦抵抗や熱伝達の誤差が大きくなる。だから壁面近傍に薄くて整列したプリズム（三角柱）要素を積層する——それが境界層メッシュだ。

乱流モデルの種類によって変わる。壁関数法を使うとき（$k$-$\varepsilon$など）はy+ = 30〜300になるよう第1層の高さを設定する。低Re型モデルや$k$-$\omega$ SSTで壁面まで解くときはy+ ≈ 1が必要——これは数十μmの薄さになることも。層数は5〜20層くらいで、成長率（各層の高さの比）を1.2前後に設定するのが一般的。

事前推定できる。$y^+ = \frac{y u_\tau}{\nu}$の式から、流速・流体粘性・レイノルズ数から$u_\tau$（摩擦速度）を推定して第1層厚さ$y$を逆算する。Ansysにはy+計算機が付いてるし、オンラインツールも多い。ただし実際の解析後にy+分布を確認して、適切な範囲に入っているか必ずチェックしてね。

必須。自動車の空気抵抗計算では、表面全体に境界層メッシュを設定して摩擦抵抗を正確に評価する。Ansys MeshingやANSA、CFmeshでインフレーション層（境界層メッシュ）を自動生成できる。ただし複雑な車体形状では局所的にプリズムが潰れる「インフレーション崩壊」が起きやすく、要注意。

そう。CFDを始めた人がよくやる失敗が「境界層メッシュを入れたけどy+が大きすぎて壁関数が適用できていない」。解析後にy+コンター図で確認する習慣をつけておいて。