2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K17754
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
古市 幹人 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 数理科学・先端技術研究分野, 主任研究員 (50415981)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | マグマだまり / 混相流 / 数値計算 / ストークス流 / 個別要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題はマグマだまりの再加熱過程を調べるため、数値シミュレーションを行うものである。特に、マグマだまり内で低温な上部マッシュ層が下部からの加熱により流動性を得て対流する様子を調べる。数値コードは高粘性流体と粒子の混相流手法であるStokes-DEM法（Furuichi et.al. g-cubed, 2014）を用いる。モデル設定は直方体の領域の上部に密度の高い粒子を含んだ高粘性流体層を配置したものであり、下部からの加熱による上部マッシュ層の崩落を再現する。本年度は、下部から貫入するメルトがマフィックであるため、上部のメルトと組成が異なり密度が高い場合に注目した数値実験を行った。密度の大きさは結晶粒子＞下部流体≧上部流体と設定する。
シミュレーションの結果から3種類の力学パターンが確認された。上下流体間の密度差が少ない場合には1.結晶粒子が計算領域の底面に沈降し熱境界層を形成する事で熱対流を上部に駆動させる。流体間の密度差が大きくすると、2.上部の熱対流は2重対流となり、熱対流の成長を妨げる。そして、さらに密度を上げると3.粒子沈降時に初期流体の密度差により上部粒子が下部流体の上部にトラップされた。トラップされた粒子は動的に粒子高充填率層を形成し一時的に高有効粘性な非流動領域を形成するが、時間をおいて再び可動域へと遷移する。現在プロセス3.を天然溶岩内でみられる結晶充填率が臨界値に近い状態を作り出す新しい作業仮説として提唱するための調査を進めている。貫入するメルトとマッシュ層を形成するメルトとの密度差は、既往の理論モデル研究等でも採用される設定だが、3次元でのダイナミクスを検証した研究例はなく新しい成果である。
上記のプロダクトランに加えて、本年度は流体の非線形レオロジーを扱うためのソルバーの改良や、大規模粒子計算に向けた動的負荷分散技術の開発を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
既往研究にはない2重対流を含んだ粒子‐流体混合計算を実施し、特に温度と密度が高い貫入マグマ層の上部での沈降の結晶トラップ現象を再現できた事は大きな研究の進展である。しかしながら、熱による結晶の成長モデル等の開発が遅れており、成果はトイモデルの枠内にとどまっている。また、本課題は地球シミュレータを用いた計算を行っているが、本年度はシステムが切り替えられたため、新しいマシンでのチューニングに手間取り、プロダクトランを十分に行う事が出来なかった。また2重拡散対流問題では数値振動の問題が大きく、想定したより時間幅を小さくとらなくてはならず、十分なパラメータでの計算結果を得る事が出来なかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は結晶成長モデル、並びに流体レオロジーの高度化を進め、シミュレーションをより現実的なものにする事に取り組む。また引き続きシミュレーションコードの最適化をすすめ、計算規模を大きくする事にも取り組む。その際に、ポスト処理の環境整備も行う。これらの実施により、現実的なパラメータで、臨界充填率に近いマッシュ層の形成仮説が成り立つのかどうかを次年度明らかにする予定である。
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| Causes of Carryover |
プロダクトランの進捗が思わしくなかったため、ポストプロセスの効率化に予定していたマシンの購入を見送った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度には、プロダクトランの実施が増える為、ポストプロセス環境の整備に費用を重点的に当てる。また、査読中・投稿中の論文がいくつかあるため、それらの出版費用も見込まれる。海外発表もいくつか計画しているため、その旅費による出費も見込まれる。
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Research Products
(4 results)
