流体力 — CAE用語解説

揚力Lと抗力Dが代表的だけど、実際の工学問題では追加の力成分も重要だ。①揚力：流れに垂直な力成分で、翼では揚力係数CL、球では高速回転によるMagnus効果として現れる。②抗力：流れに平行な力成分で、摩擦抵抗と形状抵抗の和。③サイドフォース：横方向の力で、車両のクロスウィンド（横風）解析や斜め浸水での橋脚設計で重要。④モーメント：ピッチ（頭上げ）・ロール・ヨーの各方向のモーメントが空力安定性・操舵性に直結する。CFD後処理ではForce Report機能で各力とモーメントをintegration planeまたは表面積分で計算する。

最も影響が大きいのは壁面近傍のy+値（無次元壁面距離）だ。壁面せん断応力から計算される摩擦抵抗の精度には、y+が1以下の壁解像メッシュ（k-omega SST + Low-Re formulation）か、y+=30〜300のwall functionアプローチのどちらかを一貫して使う必要がある。また形状抵抗（圧力抵抗）は分離点と後流の予測精度に依存するから、はく離が生じる凸コーナーや翼後縁の領域には細かいメッシュが必要だ。力積分は収束した定常解でも非定常解の時間平均でも実施できるが、非定常問題（カルマン渦列、フラッタなど）は瞬時値と時間平均値を分けて評価することが重要だよ。