Rhie-Chow補間 — CAE用語解説
Rhie-Chow補間
非スタガード格子の圧力振動防止技術
コロケートメッシュで圧力振動が起きるって聞いたんですが、Rhie-Chow補間で何を解決するんですか?
コロケートメッシュ(velocity collocated arrangement)では速度と圧力を同じ格子点で定義するから、チェッカーボード(市松模様)状の圧力振動という数値的な不安定が起きやすい。Rhie-Chow補間は界面速度の補間に圧力勾配の補正項を加えることで、この圧力-速度デカップリング問題を解決する手法だよ。
スタガード格子との違いを教えてください。
スタガード格子では速度成分と圧力を異なる位置で定義して自然にデカップリングを防ぐ。Rhie-Chow補間はコロケートを使いながら同等の数値安定性を実現する。現代のCFDコード(OpenFOAM・Fluent等)はほぼすべてコロケート+Rhie-Chow補間を採用していて、複雑形状への適用が容易なメリットがある。
OpenFOAMでの動作
OpenFOAMでRhie-Chow補間はどこで動いているんですか?
fvMesh::interpolate関数や、simpleFoam/pisoFoamのPEqn(圧力方程式)内で界面フラックスを計算するときに自動で適用されている。ユーザーが直接設定することは少ないけど、カスタムソルバーを書く場合はflux correction項を正しく実装しないと圧力振動が出るから原理を理解しておくことが重要だ。
Rhie-Chow補間を使っても圧力振動が起きることはありますか?
時間刻みが大きいと補正が不十分になったり、急な圧力変化がある流れ(バルブ開閉・衝撃波後面)で振動が残ることがある。非定常計算でPISOを使う場合、nCorrectors(圧力補正の回数)を増やすと改善することが多い。OpenFOAMのcheckMeshで確認できる非正直六面体(非直交性)が強い場合も振動が出やすいよ。
関連用語
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Rhie-Chow補間の実務で感じる課題を教えてください
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