k-εモデル — CAE用語解説
k-εモデル
先生、k-εモデルってCFDで一番使われてる乱流モデルですよね。どんな仕組みですか？
定義
基本を教えてください。
k-εモデルは乱流の2方程式モデルで、乱流エネルギーkと散逸率εの輸送方程式を解く。この2つから渦粘性νt=Cμk²/εを求めて、乱流の効果をモデル化する。1970年代にLaunderとSpaldingが提案して以来のロングセラーだよ。
渦粘性って何をしてるんですか？
乱流による運動量の混合を「見かけの粘性」として表現してる。分子粘性の数百〜数千倍になることもある。この渦粘性を使ってNavier-Stokes方程式のレイノルズ応力をモデル化するのがRANSの基本的な枠組みだよ。
流体解析における役割
k-εモデルの弱点はありますか？
壁面近くの流れを正確に解けないのが最大の弱点。壁関数で補うんだけど、剥離点の予測が苦手。逆圧力勾配のある流れ（ディフューザーや翼の失速）ではSST k-ωの方が精度が良いことが多いよ。
じゃあなぜまだk-εが使われてるんですか？
収束性が良くてロバスト、計算コストも低い。配管内の乱流やダクト流れのように壁面剥離が問題にならないケースでは十分な精度が出る。まず最初にk-εで全体像を把握して、必要に応じてSSTやLESにステップアップする、という使い方が実務的だよ。
関連用語
関連する用語を教えてください。
まずk-εで回して、問題があればSST k-ωに切り替える方針でやってみます。
それが正しいアプローチ。両方の結果を比較して差が小さければk-εで十分、大きければSST以上が必要、と判断できるようになるよ。
CAE用語の正確な理解は、チーム内のコミュニケーションの基盤です。 — Project NovaSolverは実務者の学習支援も視野に入れています。
k-εモデルの実務で感じる課題を教えてください
Project NovaSolverは、CAEエンジニアが日々直面する課題——セットアップの煩雑さ、計算コスト、結果の解釈——の解決を目指しています。あなたの実務経験が、より良いツール開発の原動力になります。
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