DDES — CAE用語解説

そう。DES（Detached Eddy Simulation）はRANS（壁面近傍）とLES（はく離した渦）を組み合わせたハイブリッド乱流モデルで、1997年にSpalartらが提案した。DDESはDelayed DES——DESの問題点「Grid-induced separation（メッシュが粗いせいで、本来はく離しない壁面近傍でRANS→LESに切り替わってしまう）」を修正したバージョンだ（Spalart 2006年）。切り替え関数に追加の遅延項を入れることで、壁面境界層内はRANSが確実に働くようにした。OpenFOAMのDDESモデルとして実装されている。

高レイノルズ数でのはく離流れが典型的な対象だ。自動車の後流・後付けのスポイラー周り、航空機の翼のフラップはく離、橋梁の風荷重解析——これらは壁面近傍のRANSと自由せん断層のLESを組み合わせることで「LES単体より安価に精度よく」解ける。純RANSでは渦の非定常性が表現できないが、LES全体では計算コストが過大だ。DDESはこの中間的な立場で、Re = 10^5〜10^7程度の実機スケールの乱流はく離問題に実務的な選択肢として使われる。

turbulenceProperties でSimulationType LESを選んで、LESModelにDDESを指定する。Spalart-Allmaras（SA）ベースのSA-DDESと、k-omega SSTベースのSST-DDESがある。メッシュはRANS領域（y+ 30〜300）とLES領域（はく離域の渦を解像できるよう細かく）のハイブリッドが必要で、これが最も難しい部分だ。時間刻みはLES領域でCFL < 1になるよう小さく設定する。計算コストはRANSより5〜20倍程度増えるが、LES全体より大幅に安い——自動車のBluff Body aerodynamicsでは現実的な選択肢だよ。

IDDESはImproved DDES（Shur 2008年）で、DDESにSRES（Stress-Resolved Eddy Simulation）モードを追加したものだ。DDESは基本的に「はく離してからLES」だが、IDDESは厚い境界層内でも粗いメッシュでLES的な計算ができるよう工夫している——Wall-Modeled LES（WMLES）と組み合わせた形になる。より幅広い問題に適用できるが設定が複雑で、OpenFOAMではIDDESも実装されている。「どのモデルを使うか」はメッシュ解像度と目的精度、計算資源のバランスで判断——まずDDESで試してから不足を感じたらIDDESに進む流れが多い。

ざっくり整理すると——RANS（k-omega SST等）：最速、定常の平均場のみ。URANS（非定常RANS）：時間変動を追えるが渦の詳細は失う。DES/DDES：コストと精度のバランス。IDDES/WMLES：高精度だがコスト高。LES：最高精度だが現実の自動車スケールでは計算不可能（Re依存）。DNS：全スケール解像、学術研究・検証用のみ。実務では「RANSで設計スクリーニング→DDESで最終検証→必要ならLES」という段階的アプローチが効率的だよ。