乱流モデル

次のリリース（2.0.20261007 の次のバージョン）から利用できます

渦動粘性係数の求め方（乱流モデル）を選ぶタブです。

乱流モデル	内容	向いている計算
ゼロ方程式モデル	渦動粘性係数を、摩擦速度と水深から代数式（放物線分布など）で与えます。計算が速く安定です。	通常の河川の流れ。2.0.20261007 までの FreeBird と同じ計算です
標準k-εモデル	乱れエネルギー k とその散逸率 ε の輸送方程式を解き、渦動粘性係数を Cμ k²/ε で求めます。側壁・障害物には壁関数を使います。	構造物まわりなど、乱れの分布が場所によって大きく変わる流れ
非線形k-εモデル（木村・細田）	標準k-εモデルに、乱れの非等方性を表す非線形の応力項を加えます。	乱れが生む二次流（プラントルの第2種二次流）と、狭い水路で最大流速が水面下に現れる現象（ディップ）

主な設定の考え方

• 非静水圧モデルとの組み合わせ：k-εモデルは非静水圧モデルと組み合わせて使うことを推奨します。非線形k-εモデルは非静水圧モデルでのみ使えます（計算領域および計算上の各種パラメータの「静水圧モデル／非静水圧モデル」）。
• k-εモデルの開始時刻：計算開始直後は流れが落ち着いていないため、この時刻までは放物線分布の渦動粘性係数で計算し、この時刻に k・ε を放物線分布と整合する値で初期化します。水面の初期の変動が収まった後に設定してください。
• 非線形k-εモデルの補正係数：水面近傍の非等方性補正 Cs と側壁近傍の補正 Cw は、水面と側壁の角から生じる二次流と、それによるディップの再現に効きます。既定値（Cs＝0.3、Cw＝0.2）は、愛知用水路の観測（Nezu, Tominaga & Nakagawa, 1992）と比べて決めた値です。
• 水面抵抗との組み合わせ：ディップの再現には、水面抵抗係数を組み合わせると効果的です。

項目一覧

項目	説明	既定値
乱流モデル j_turb	ゼロ方程式モデル：渦動粘性係数を代数式で与えます（計算が速く安定。通常の河川流ではこれを推奨）。 標準k-εモデル：乱れエネルギー k とその散逸率 ε の輸送方程式を解き、渦動粘性係数を Cμ k²/ε で求めます。 非線形k-εモデル（木村・細田）：乱れの非等方性を考慮するため、 乱れに起因する二次流（プラントルの第2種二次流）や、狭い水路で最大流速が水面下に現れるディップ現象を再現できます。 k-εモデルは非静水圧モデルとの併用を推奨します。非線形k-εモデルは非静水圧モデル専用です。 選択肢: ゼロ方程式モデル（代数式で渦動粘性を与える）／標準k-εモデル／非線形k-εモデル（木村・細田、非静水圧モデル専用）	ゼロ方程式モデル（代数式で渦動粘性を与える）

ゼロ方程式モデル

項目	説明	既定値
渦動粘性係数 j_snu	渦動粘性係数の分布形です。usta は摩擦速度、h は水深、xi は河床からの相対高さ（0〜1）、Kappa はカルマン定数（0.4）です。 通常は対数則の流速分布に対応する「放物線分布」を使います。 選択肢: 一定／深さ方向に一定（alphaKappa/6ustah）／放物線分布（alphaKappaustah*xi(1-xi)）／河床から水深20％までは放物線分布、それより上は一定 表示される条件: 「乱流モデル」が「ゼロ方程式モデル（代数式で渦動粘性を与える）」	放物線分布（alphaKappaustahxi(1-xi)）
渦動粘性の一定値 eddyConst	「一定」を選んだときの渦動粘性係数の値（m²/s）です。他の分布形では使われません。 表示される条件: (「乱流モデル」が「ゼロ方程式モデル（代数式で渦動粘性を与える）」 かつ 「渦動粘性係数」が「一定」)	1e-6

渦動粘性係数の係数

項目	説明	既定値
水平方向 al_ep_hor	水平方向の拡散項に使う渦動粘性係数に掛ける係数（alpha）です。 表示される条件: 「乱流モデル」が「ゼロ方程式モデル（代数式で渦動粘性を与える）」	1
鉛直方向 al_ep_ver	鉛直方向の拡散項に使う渦動粘性係数に掛ける係数（alpha）です。 表示される条件: 「乱流モデル」が「ゼロ方程式モデル（代数式で渦動粘性を与える）」	1

k-εモデル

項目	説明	既定値
k-εモデルの開始時刻（秒） tke_st	この時刻まではゼロ方程式（放物線分布）の渦動粘性係数を使います。 この時刻に、放物線分布と整合するように摩擦速度から k と ε を初期化して、k-εモデルに切り替えます。 水面の初期変動などが概ね落ち着いた時刻を指定してください。 表示される条件: 「乱流モデル」≧1	10
Cμ cmu_ke	渦動粘性係数 νt = Cμ k²/ε のモデル定数です（標準値 0.09）。 壁関数でも使います。非線形k-εモデルでは、ひずみの大きい領域で Cμ が自動的に小さくなります。 表示される条件: 「乱流モデル」≧1	0.09
C1（Cε1） ce1_ke	ε方程式の生成項の係数です（標準値 1.44）。 表示される条件: 「乱流モデル」≧1	1.44
C2（Cε2） ce2_ke	ε方程式の散逸項の係数です（標準値 1.92）。 表示される条件: 「乱流モデル」≧1	1.92
σk sk_ke	k の拡散に対する乱流プラントル（シュミット）数です（標準値 1.0）。 表示される条件: 「乱流モデル」≧1	1.0
σε se_ke	ε の拡散に対する乱流プラントル（シュミット）数です（標準値 1.3）。 表示される条件: 「乱流モデル」≧1	1.3

非線形k-εモデル

項目	説明	既定値
水面非等方性補正係数 Cs c_srf_ke	水面近傍では鉛直方向の乱れが抑えられ、その分が水平方向の成分に再配分されます。 この係数で再配分の強さを指定します（0：補正なし）。 値が大きいほど水面付近の二次流（水面渦）が強くなり、狭い水路で最大流速が水面下に現れるディップ現象の要因になります。 既定値：0.3 表示される条件: 「乱流モデル」が「非線形k-εモデル（木村・細田、非静水圧モデル専用）」	0.3
側壁非等方性補正係数 Cw c_wal_ke	側壁近傍では壁に垂直な（横断方向の）乱れが抑えられ、その分が他の成分に再配分されます。 この係数で再配分の強さを指定します（0：補正なし）。 値が大きいほど、河床と側壁の隅角部付近の二次流（底面渦）が強くなります。 既定値：0.2 表示される条件: 「乱流モデル」が「非線形k-εモデル（木村・細田、非静水圧モデル専用）」	0.2
非線形項の係数 α1 nl_a1	非線形応力のうち Q1 = SΩ − ΩS の項の係数です（木村・細田 2004：−0.1325）。 fM = 1/(1 + CfM M²) が掛かります。 表示される条件: 「乱流モデル」が「非線形k-εモデル（木村・細田、非静水圧モデル専用）」	-0.1325
非線形項の係数 α2 nl_a2	非線形応力のうち Q2 = SS − tr/3 の項の係数です（木村・細田 2004：0.0675）。 表示される条件: 「乱流モデル」が「非線形k-εモデル（木村・細田、非静水圧モデル専用）」	0.0675
非線形項の係数 α3 nl_a3	非線形応力のうち Q3 = ΩΩ − tr/3 の項の係数です（木村・細田 2004：−0.0675）。 表示される条件: 「乱流モデル」が「非線形k-εモデル（木村・細田、非静水圧モデル専用）」	-0.0675
減衰係数 CfM nl_cfm	非線形項の減衰関数 fM = 1/(1 + CfM M²) の係数です。M は無次元のひずみ速度と回転速度の大きい方です（木村・細田 2004：0.02）。 表示される条件: 「乱流モデル」が「非線形k-εモデル（木村・細田、非静水圧モデル専用）」	0.02

計算条件の一覧へ戻る