渦 — CAE用語解説

渦は流体が回転する構造で、流速の差（速度勾配）があるところに生まれる。例えば壁面近くでは流速がゼロだけど少し離れると速い、このせん断で渦が巻くんだ。物体の後ろや角で流れが剥離するときにも大きな渦ができるよ。

渦度 ω = ∇ × u（速度の回転）で局所的な回転の強さを定量化できる。代表的な渦の例を挙げると、カルマン渦は円柱の後ろで交互に放出される渦列で、翼端渦は飛行機の翼の端で発生する強い渦だ。

渦の挙動はNavier-Stokes方程式に支配される。

RANS乱流モデルでは大きな渦を時間平均してしまうから、渦の非定常な振る舞いを見たいならLESやDESが必要だ。例えば自動車の空力設計では、サイドミラー周りの渦がノイズの原因になるから、LESで渦構造を詳しく解析することが増えているよ。

渦度だけだと壁面近くのせん断も拾ってしまうから、Q基準やλ2基準のアイソサーフェスで可視化するのが一般的だ。渦構造だけをきれいに抽出できるよ。

LESの結果をQ基準で可視化すると、本当に美しい渦構造が見えるよ。まずは円柱まわりの流れで試すと教科書との比較もしやすい。