摩擦速度 — CAE用語解説

u_τ = √(τ_w / ρ) で定義される速度スケールだよ。τ_wは壁面せん断応力、ρは流体の密度。実際に流れている速度ではなくて、壁面付近の乱流の激しさを代表する「物差し」と思えばいい。

一番大事な使い道はy+の計算だよ。y+ = y × u_τ / ν で、壁面からの距離yを無次元化する。このy+の値が壁関数法と低Reynolds数モデルのどちらを使うかの判断基準になる。y+≈30~300なら壁関数、y+≈1なら低Re法、とメッシュ設計の出発点になるんだ。

その通り、解析前はτ_wがわからないから正確なu_τは出せない。だから経験式で概算するんだ。例えば平板の乱流境界層ならτ_w ≈ 0.5 × ρ × U^2 × C_fで、摩擦係数C_fをRe数から見積もってu_τを算出する。それをもとに第1セルの高さを決めるのが実務の手順だよ。

まさにその反復だね。特に自動車の空力解析のように形状が複雑な場合、場所によってu_τが大きく変わるから、前縁と後縁でy+が全然違うなんてこともある。壁面のy+コンターを確認して、基準を外れてるところがないかチェックするのが品質管理の基本だよ。

壁面処理の体系を理解するなら、この4つはセットで覚えよう。

その一連の流れを理解しているかどうかが、CFD解析の信頼性を左右する分水嶺だよ。壁面処理を制する者がCFDを制すると言っても過言ではないからね。