乱流強度 — CAE用語解説

乱流強度は TI = u'/U で定義される。u' は乱流変動速度の二乗平均平方根（RMS）、U は平均流速だ。要は「流れがどれだけ乱れているか」をパーセントで表した指標で、入口境界条件として乱流モデルの初期値を決めるのに使うんだよ。

用途によるけど目安はこんな感じだ。風洞試験のような整流された流れなら0.5〜1%。自動車の走行環境のような屋外の風は1〜5%。ガスタービンの燃焼器出口みたいに激しく乱れた流れだと5〜20%。分からないときは実験データを参照するか、まずは5%くらいで計算して感度分析するのが現実的だよ。

CFDで翼の剥離予測をする場合、入口の乱流強度を1%から5%に変えるだけで剥離位置がかなりずれることがある。乱流強度が高いほど境界層内のエネルギー混合が促進されて剥離しにくくなるんだ。遷移モデルを使う場合は特に敏感で、遷移点が変わると抗力の予測値が大きく変動する。

k = (3/2) * (U * TI)² という関係がある。つまり乱流強度TIと平均流速Uが分かれば、入口のkを算出できる。CFDソフトによっては乱流強度を入力すると自動的にkに変換してくれるものもあるよ。

そうだね。迷ったらまず乱流強度を2〜3パターン振って結果の変動幅を確認する習慣をつけると、入口条件の不確かさに振り回されなくなるよ。