回転系密度成層乱流の直接数値シュミレーション

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750148
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 飯田 雄章 名古屋工業大学, 工学部, 講師 (70273307)
• Keywords: 乱流 / 回転流 / 成層流 / 渦 / 直接数値シュミレーション

Research Abstract

本研究は,安定密度成層下にある回転系一様乱流の直接数値シミュレーション(DNS)と線形理論解析(RDT)を行い乱流中でのコリオリ力および密度成層による浮力の重畳効果の影響を明らかにすることを目的にしている.地球物理学において重要な流れ場では,系の回転によるコリオリ力と安定成層の作用を同時に受ける場合が多い.また,サイクロン(系の回転と同方向に回転する鉛直方向渦)の発生には,南北方向(水平方向)に温度勾配と,それに関連して生じる鉛直方向速度勾配の影響も無視できない.流体の運動が大スケールであり地衡流近似が成り立つ場合には,回転系における鉛直方向速度勾配と水平温度勾配の関係はサーマルウィンド方程式により規定される.また,それを満足する流れはサーマルウィンドと呼ばれる.一旦発生したサイクロンは地衡流近似に基づいた方程式系に依存するが,その発生,発達メカニズムは,三次元性が無視できない.そこで,本研究ではサーマルウィンドを平均場に仮定したせん断乱流の数値実験を行い,鉛直渦の生成・発達機構について検討している.その結果,サイクロンは,平均せん断の渦度からティルティングにより生成された後,バロクリニック不安定性による鉛直方向ストレッチングを受け発達することを明らかにしている.これは,温帯低気圧にともなう前線と平均せん断の不安定性から発生する対流現象とよく類似しており興味深い.また,発達したサイクロンの構造そのものが,発達前の流れ場のレイノルズ数に大きく影響することも新たに示されている.

Research Products

• [Publications] Iwatsuki,M.,Iida O.and Nagano,Y.: "Turbulence structure and transport mechanism in a homogeneous shear flow"Proceedings of 1st International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena,September 12-15,Santa Barbara,USA. 481-486 (1999)
• [Publications] 岩月、飯田、長野、: "一様せん断流中における縦渦構造による運動量輸送"日本機械学会論文集(B). 65巻636号. 2689-2696 (1999)
• [Publications] Tsujimura,S.,Iida,O.and Nagano,Y.: "Structure of homogeneous rotating turbulence under stable density stratification"Proceedings of IUTAM Symposium on Geometry and Statistics of Turbulence, November 1-5,Hayama,Japan. (to be appeared.). (1999)
• [Publications] 辻村、飯田、長野、: "安定成層下にある回転一様乱流の非線形効果渦構造"日本機械学会論文集(B). 66巻642号(印刷中). (2000)