2003 Fiscal Year Annual Research Report
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14654073
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
金田 行雄 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10107691)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
後藤 俊幸 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (70162154)
吉田 恭 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (30335070)
石原 卓 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (10262495)
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| Keywords | 予測可能性 / 直接数値計算 / データ同化 / 一様等方性乱流 / 同化する自由度数 / 非線形相互作用 / 誤差の抑制 / 2次元乱流 |
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| Research Abstract |
巨大自由度が強く非線形相互作用する系である乱流においては、初期条件、境界条件、外力などの制御できない小さな誤差が時間とともに増大するため、長時間発展の予測は困難である、と考えられてきた。ところが、近年の低レイノルズ数乱流の数値実験において、大スケールの正確な情報が時々刻々与えれれば、小スケールの誤差がむしろ減少し、予測可能な時間が増えることが示唆された。
そこで、本研究では、この数値実験を推し進め、前年(平成14年)度は、大規模直接数値シミュレーション(DNS)により、慣性小領域を持つ高レイノルズ数3次元乱流場の大スケールのデータ同化の実験を行い、小スケールの誤差を抑制するために必要なデータ同化量のレイノルズ数に依存しない定量的評価を得た。
本年(平成15年)度は、前年度の数値実験の解析により、データ同化を行う最小スケールと誤差の減衰率との間の関係が、エネルギー散逸率と動粘性係数で決まる特徴的空間スケールと時間スケールによる規格化で、レイノルズ数に依存しなくなることを見出した。このことは、誤差の抑制機構がエネルギー散逸スケールの量で決まっていることを意味している。
また、地球規模の流体運動は、鉛直方向のスケールが水平方向のスケールに比べて十分に小さいため、2次元流体の運動で近似される。本研究では、本年度2次元乱流においてもデータ同化の実験を行った。その結果、3次元乱流とは異なり、2次元乱流においては、(エンストロフィーの)散逸スケールではなくもっと大きいスケールのデータ同化だけで誤差が抑制されることが明らかになった。本結果は、地球規模流体運動の長時間予測においての、大スケールデータ同化の有効性を示唆するものである。
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[Publications] 金田行雄, 石原卓: "大規模DNSによる乱流物理現象の解明"日本流体力学会数値流体部門Web会誌. 11(2). 22-30 (2003)
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[Publications] Y.Kaneda, K.Yoshida: "Small-scale anisotropy in stably stratified turbulence"New Journal of Physics. 6. 34-1-34-16 (2004)
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[Publications] K.Yoshida, T.Ishihara, Y.Kaneda: "Anisotropic spectrum of homogeneous turbulent shear flow in a La-grangian renormalized approximation"Phys.Fluids. 15(8). 2385-2397 (2003)
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[Publications] T.Ishihara, Y.Kaneda, M.Yokokawa, K.Itakura, A.Uno: "Spectra of energy dissipation, enstrophy and pressure by high-resolution direct numerical simulations of turbulence in a periodic box"J.Phys.Soc.Jpn.. 72(5). L983-L986 (2003)
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[Publications] 芳松克則, 石原卓, 金田行雄, 中井聡, 西田秀利, 里深信行: "3次元一様等方性乱流の直接数値シミュレーションにおけるスペクトル法と高次精度差分法との比較"日本機械学会論文集(B編). 69(679). 541-546 (2003)
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[Publications] Y.Tsuji, T.Ishihara: "Similarity scaling of pressure fluctuation in turbulence"Phys.Rev.E. 68. 02630968-1-02630968-5 (2003)
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[Publications] T.Watanabe, T.Gotoh: "Statistics of Passive Scalar in Homogeneous Turbulence"New Journal of Physics. (submitted). (2004)
