渦粘性 — CAE用語解説
渦粘性
CFDの結果で「渦粘性比が1000超えてるから見直せ」って言われたんですけど、渦粘性って何なんですか？
定義
乱流の「見かけの粘性」って言われてもピンと来ないんですけど…。分子粘性とは何が違うんですか？
分子粘性は流体の分子がランダム運動で運動量を輸送する効果だよね。渦粘性（乱流粘性）は、乱流の渦がマクロに運動量を混合する効果を「あたかも粘性が増えたかのように」表現するための概念なんだ。Boussinesqが「乱流応力は平均速度勾配に比例する」と仮定したのが出発点で、その比例定数がμ_t（渦粘性係数）だよ。
なるほど、乱流の混合効果を粘性の増加として表すってことですね。k-εモデルだと μ_t = ρC_μk²/ε で計算するんですか？
そう。kは乱流エネルギー、εはその散逸率で、C_μは0.09が標準値だね。渦粘性比（μ_t/μ）が数百〜数千になるのが普通だけど、あまりに大きいと非物理的な結果になっていることが多いから、先輩が指摘してくれたのはそういう意味だよ。
流体解析における役割
渦粘性が大きすぎるとどういう問題が起きるんですか？
渦粘性が過大だと流れが「べったり」した感じになって、剥離や再付着の位置が実験とずれてくる。例えば自動車の後部やビルの風荷重解析で、渦粘性の過大評価は後流の幅を広げすぎてドラッグを過大予測する原因になるよ。
渦粘性の大小ってどうやってコントロールするんですか？ ユーザーが直接設定するわけではないですよね？
乱流モデルの選択とメッシュ品質で決まるんだ。k-εモデルは渦粘性を過大評価しがちで、k-ωSSTの方が剥離流れには適している。あとは入口境界の乱流強度の設定も効くから、そこも要チェックだね。
関連用語
渦粘性を理解するために、他に知っておくべき概念はありますか？
CFDの基礎と乱流モデルの全体像を把握しておくのが大事だよ。渦粘性はそれらの土台になる概念だからね。
渦粘性比のコンター図を見れば、乱流モデルの妥当性をチェックできるってことですね。
その通り。ポスト処理で渦粘性比を可視化するのは品質チェックの基本中の基本だから、ぜひ習慣にしよう。
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