Elucidation of hierarchical structure and energy transfer mechanism in turbulence on the basis of multi-scale steady solution
| Project/Area Number |
19K14889
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
Motoki Shingo 大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (70824134)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | マルチスケール / 乱流 / 熱対流 / 秩序構造 / エネルギー伝達 / ニュートン法 / ホモトピー / 流体力学 / 熱力学 |
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| Outline of Research at the Start |
乱流の解明と適切なモデル化，及び制御のためには，乱流におけるエネルギー伝達及び普遍的統計法則の発現において本質的な役割を担う構造・事象を同定することが重要であるが，広範囲にわたるスケール（大きさ）の渦の階層構造により構成されるマルチスケール性を有し，時間空間的に不規則に変動する乱流場からその核となる要素を抽出することは極めて困難である．そこで本研究では，乱流の階層構造及び統計性質を再現する「マルチスケール定常解」を見出し，その時間的変化の伴わない（乱流に比して）単純な解に基づき，乱流における階層構造と普遍的統計法則の関係，及びエネルギー伝達機構を解明し制御するという新たなアプローチを展開する．
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we have found steady solutions reproducing coherent structures and statistical properties in convective turbulence. More precisely, in Rayleigh-Benard convection, thermal convection between permeable walls, and triply-periodic thermal convection, we have numerically obtained steady solutions with three-dimensional structures and revealed that these solutions represent hierarchical multi-scale vortex structures and reproduce the scaling laws and the energy spectrum observed in convective turbulence.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
乱流現象の解明と制御のためには，乱流における統計法則やエネルギー伝達において本質的な役割を担う構造・事象を同定することが重要であるが，広範囲にわたるスケール（大きさ）の渦の階層構造によって構成されるマルチスケール性を有し，時間・空間的に不規則に変動する乱流場からその核となる要素を抽出することは極めて困難である．本研究課題では，乱流のマルチスケール構造と統計的性質を再現する定常な解を見出すことに成功した．この発見を契機とし，様々な流れにおけるマルチスケール定常解が調査されることで，乱流の理論的な理解と適切なモデル化，および新たな制御手法の開発に繋がると期待できる．
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Report
(4 results)
Research Products
(36 results)
