WALEモデル — CAE用語解説
WALEモデル
WALEモデルとは何か
WALEモデルってLESの乱流モデルの一種ですよね？Smagorinskyモデルとどう違うんですか？
WALEはWall-Adapting Local Eddy-viscosityの略だ。LESで格子スケール以下の乱流（SGS）をモデル化するとき、最も単純なSmagorinskyモデルは壁面近傍で渦粘性を適切に減衰させるのが難しい。WALEモデルは速度勾配テンソルの不変量を使って、壁面でSGS渦粘性が自然にゼロになるように設計されている。
Smagorinskyモデルの問題点ってそんなにあるんですか？
Smagorinskyモデルは境界層の対数則領域よりも壁に近い粘性底層で渦粘性が大きすぎる問題がある。Van Driestのダンピング関数で補正する方法もあるが、経験的で汎用性がない。WALEモデルは数学的に壁面の挙動を正しく再現できるから、壁面境界層を解像するLES（Wall-resolved LES）で好まれる。
OpenFOAMでの使用と計算コスト
実際にOpenFOAMでWALEモデルを使うにはどう設定するんですか？
LESOpenFOAMでは constant/turbulenceProperties に LESModel: WALE と書くだけで使える。あとは格子の解像度が十分であることが大前提で、y+ < 1になるくらい壁近傍を細かく切る必要がある。これがコストの大きな要因で、全壁面でそれをやると要素数が爆増する。
それなら壁モデル付きLES（WMLES）を使う方が現実的ですか？
工業CFDではそうなることが多い。WALEをSGSモデルとして使いながら、壁近傍はRANS的なウォールモデルで補う手法がIDDESなどハイブリッドLESに組み込まれている。純粋なWall-resolved LESは研究や高精度が必要な認証解析に向いていて、設計検討段階では現実的でないことも多い。
SGSモデルの選択ってそんなに結果に影響するんですか？
解像度が十分なら実はSGSモデルの影響は小さい。問題は解像度が足りないときで、そのときにモデルの差が出る。WALEは解像度が粗めでも安定して動作するという評価があって、実用上の信頼性が高い理由の一つだ。
関連用語
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