数値計算における境界条件で・・

質問

変な質問なのかもしれませんが・・

水理学や流体力学などで数値計算をする際、境界条件が必要となってくると思います。
この時、「スリップ」「ノンスリップ」「対数則」などといった用語が出てくる時があるのですが、これって要は何なのでしょうか。

わかりやすく書いてあるような本やWEBサイトなど、教えていただけると助かります。

回答No.1

ElectricGamo · ベストアンサー

変な質問どころか、なかなか重要な質問です。

境界条件がないと流れ場が決まりません。というか、境界条件を満たす流れ場を数値計算では求めていきます。

スリップ、ノンスリップ、対数則などは、速度に対して与えられる境界条件です。ノンスリップとは壁などの境界上の接点で流れが止まった条件（速度ゼロ）です。逆に、スリップでは壁面に沿って止まらずにそのまま流れます。対数則は壁面からの速度分布を壁面からの距離に対して決める一つのやり方です。

速度以外に、密度、圧力、エネルギーなどにも境界条件を指定しなくてはなりません。

では、どのような境界条件を採用すればいいのかになりますが、それはケースバイケースです。数値計算では実際の現象をできる限り正確に低コストでシミュレートできるかが重要なので、一番よい結果を出す境界条件を用うこととなります。ある場合には、スリップ条件が妥当で、別の場合には対数則がよい場合も出てきます。

今回のスリップ、ノンスリップ、対数則などの境界条件については、WEBで検索をかければ相当数解説ページが出てきますのでご自身でお調べ下さい。それから先に一歩進んで、具体的な問題に対してどのような境界条件を使えばいいのかについては、私も昔探したことがありましたが、すっきりと書かれた資料はないと覚悟した方がいいでしょう。ノウハウの世界です。

お礼

回答ありがとうございます。

実は、ここで質問する以前にWEB上で検索してみました。
その際、何件かヒットするものの、たとえば「スリップとは・・」のようにご回答いただいたような形で定義などがはっきりとかかれたものがなく、途方に暮れていました。

もともと、あまりはっきりとした資料がないものなのですね。

回答No.2

noname#221368

とりあえず乱流は除外します。以下は個人的イメージです。流体の扱いで代表的なのは、理想流体とナヴィエストークスですが、例えば、川の流れを考えます。
　岸から離れた川の真ん中あたりでは、恐らく理想流体で十分です。岸に近づくと、粘性の影響が現れて、理想流体では難しくなります。このあたりに関して、プランドルという人が、境界層の概念を導入しました。境界層はもちろん岸に貼りついています。境界層の外側は、理想流体で扱えるでしょう。その際の理想流体の境界条件は、スリップです。
　境界層内部の状態を詳しく知りたいなら、ナヴィエストークスですが、岸での境界条件はノンスリップになります。で、境界層内部の流速分布が、対数則に相当するような気がします（気がするだけです）。

お礼

回答ありがとうございます。

ど素人の私ですが、なんとなくわかってきたような気がします。
こうした解説はこれまで見たことがなかったので、とても助かりました。