浮力 — CAE用語解説
浮力
先生、浮力ってアルキメデスの原理ですよね？ CFDでも浮力を計算するんですか？
する。アルキメデスの浮力（$F = \rho g V$）は静止流体での話だけど、CFDでは流れの中の密度差による「浮力駆動対流」を扱う。例えば空気が暖まると密度が下がって上昇する——これが自然対流で、浮力がその駆動力。電子機器の自然冷却設計ではよく出てくる。
CFDで浮力をどうモデル化するんですか？ 方程式に出てくるんですか？
Navier-Stokes方程式の運動量方程式に浮力項が入る。最もよく使われるのがBoussinesq近似（ブシネスク近似）で：
Boussinesq近似はいつ使えないんですか？
大きな温度差（100℃以上の差など）や密度変化が激しい場合には不適。たとえば燃焼場（数千℃の変化）や液化ガス（LNG）の蒸発では、密度変化が大きすぎてBoussinesq近似が成立しない。そういう場合は圧縮性流体として完全に解く「variable density flow（可変密度流れ）」アプローチが必要。
浮力とGrashof数の関係は何ですか？
Grashof数$Gr = g\beta \Delta T L^3 / \nu^2$は「浮力と粘性力の比」を表す無次元数。自然対流の強さの指標で、$Gr \times Pr = Ra$（Rayleigh数）。$Ra > 10^4$くらいから自然対流が有意になってくる。電子機器の筐体内でファンなしに冷やせるかどうかの判断にGr数（またはRa数）を使うと良い。
関連用語も教えてください。
浮力は自然対流の駆動力で、Boussinesq近似でCFDに組み込む——電子冷却設計の基礎ですね！
そう。スマートフォンやデータセンターのサーバーで「どれくらいの発熱まで自然対流で冷やせるか」を評価するとき、Ra数の概算からスタートして、CFDで詳細確認するというのが実務の手順だよ。
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