DES — CAE用語解説

そう、DESはSpalart（1997）が提案したハイブリッド乱流モデルで、壁近傍はRANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）、壁から離れた自由せん断流・はく離域はLES（Large Eddy Simulation）で解くという発想だ。壁近傍をRANSにすることでLES単独と比べて計算コストを大幅削減できる。航空機の失速後挙動、ブラフボディ（鈍い形状）周りの乱流、橋梁・建物の風圧変動——LESほどの計算資源が出せないが精度が必要な問題に向いている。

RANSとLESの切り替え境界付近で乱流エネルギーがうまく渡せない問題だ。RANSは時間平均した応力を計算するが、LESは瞬時の渦を解像する——このモデルの切り替わる「グレーゾーン」では人工的に乱流が消えたり過剰になったりすることがある。これを改善したのがIDDES（Improved Delayed DES）で、Log-layer mismatch問題を低減するブレンディング関数を導入している。Fluent・OpenFOAMともにIDDESを実装しているので、最新の解析では元のDESよりIDDESを使うのが普通だ。

自動車外観の空力騒音（ウインドスロッブ、Aピラー渦音）の解析がDES/IDDESの主要ユースケースだ。Aピラーやドアミラーからはく離する渦が窓ガラスに当たって圧力変動を引き起こし、車内騒音につながる。RANSでは平均的な流れしか見えないが、DESでは渦の時間発展が解像でき、音圧の周波数スペクトルを予測できる。そのためNVH（騒音振動ハーシュネス）設計でウインドノイズを低減する形状最適化にDES結果が使われる。

壁近傍はRANSなのでy+ = 1（Low-Reynolds壁扱い）またはy+ = 30〜300（壁関数）の通常RANSのルールが適用できる。はく離域（LES領域）はΔx ≈ Δy ≈ Δz（等方的なメッシュ）を目指してケルビン渦を解像できるサイズが必要になる。つまりRANSとLESで要求が異なるメッシュを一つのモデルに設計する必要があって、これが難しいポイントだ。体積グロスとプリズム層の設計に経験が必要で、メッシュ品質がDES精度を大きく左右する。