Q基準 — CAE用語解説

Q基準はHunt et al.（1988）が提案した渦同定指標で、Q = 0.5(||Ω||² - ||S||²) と定義される。Ωが回転率テンソル、Sが歪み率テンソルで、回転が歪みより支配的な領域（Q > 0）が渦コアと判定される。等値面（Q = 定数の面）として可視化すると渦の形状が直感的にわかる。

λ2基準（Jeong and Hussain, 1995）はQ基準を改良してより正確な渦同定ができるとされているけど、実務では両方試して見やすい方を選ぶことが多い。Q基準は計算が簡単で並列処理しやすいから大規模データでは人気だ。ParaViewにどちらも標準フィルターとして入っている。

乱流のDNS・LES解析で渦構造を解析するときが典型だ。タービン翼後流の馬蹄渦・翼端渦、飛行機翼のテイルボルテックス、エンジン燃焼室内の燃料混合渦など、渦の3次元構造を把握することで流れ場の理解が深まる。LESの計算コストを掛けた価値を視覚的に示すのにも有効だよ。

決まった基準はなくて、使いたいスケールの渦が見えるように試行錯誤するのが正直なところ。Q_maxの1〜10%の値を閾値にすることが多い。Parker（2023）のように乱流kinetic energyで正規化したQ基準を使えば複数ケース間の比較がしやすくなるよ。

• 渦度
• LES（Large Eddy Simulation）
• DNS（Direct Numerical Simulation）
• ParaView
• 乱流