ディフューザ — CAE用語解説

ベルヌーイ方程式を使ってみよう。1/2*rho*v^2 + p = 一定（エネルギー保存）から「速度が下がると圧力が上がる」関係がある——ディフューザーは流路面積を広げて速度を落とし、動圧を静圧に回収する装置だ。換気ダクトの出口、遠心ポンプの出口、ジェットエンジンのファンダクトにある——高速流の「圧力回収効率」を上げることが目的だ。理想的な流路拡大では運動エネルギーの全量が圧力に回収されるが、実際ははく離（流れの剥がれ）が起きて損失が生まれる。

ディフューザーの設計で最も重要な問題だ。流路が急拡大すると流体が壁面に追従できなくなってはく離が発生し、逆流域が生まれる。圧力回収率が下がって圧力損失が増える——最悪の場合ディフューザーとして機能しなくなる。設計指針として「開き半角θ < 7°」が層流でのはく離を防ぐ経験則だ（乱流では少し緩和できる）。CFDではRANSでθを変えた設計を複数計算して圧力回収係数Cp = (p_out - p_in)/(0.5*rho*U_in^2) を評価するのが標準的なアプローチだよ。

遠心ポンプのボリュート（渦巻き流路）もディフューザー機能を持っていて、インペラ出口の高速旋回流を減速して圧力に変換する。CFD解析（OpenFOAMのMRF+simpleFoam、Star-CCM+のMoving Reference Frame）では——インペラを回転域、ボリュートを静止域に分けてAMI（Arbitrary Mesh Interface）で接続する。CFD結果からポンプ全体効率eta = Q*H/(P/rho*g)を計算して実験値と比較するV&Vが設計フローに入っている。ディフューザー設計の最適化でポンプ効率を2〜3%改善した例はよくある。

使われる。エンジンのインテークマニホールド——エアクリーナーからスロットルボディへの流路——は形状が複雑なディフューザーだ。タンブル流やスワール流を生成しながら圧力損失を最小化することが求められる。エアロダイナミクスでは自動車の前バンパー下部の「フロントスポイラー」、ルーフから車体後部への「リアディフューザー」が地面効果（ダウンフォース生成）のためにある——これは地面との間の狭い流路を加速させて圧力を下げてダウンフォースを生む仕組みで、F1マシンの空力では最重要設計要素だよ。