2017 Fiscal Year Annual Research Report
Energy transfer in anisotropic hydrodynamic turbulence
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15K17971
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
横山 直人 京都大学, 工学研究科, 助教 (80512730)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 流体乱流 / 異方性 / 乱流の共存 / エネルギー輸送 / エネルギー散逸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
異方性をもつ流体乱流系の多くでは、波動と渦さらに大規模構造が共存する。回転乱流において系の角速度を変化させたとき、慣性波乱流、3次元的な渦乱流、大規模渦柱が共存する準2次元的で異方性の高い流れ場と、統計的に等方な3次元的流れ場の間の遷移の生じる角速度は相異なる。すなわち、これらの準2次元的な流れ場と3次元的流れ場が双安定となる角速度が存在するヒステリシス現象が現れる。
安定成層した背景場中の成層乱流では、内部重力波乱流、3次元的な渦乱流、鉛直剪断水平流が共存する。線形の内部重力波の時間スケールと渦の非線形時間スケールとの比が1/3程度となる波数を境界として、低波数領域の弱乱流スペクトルが観測される波数領域で、鉛直運動エネルギーに占める偏向異方性成分の割合が大きく異方性が顕著に現れ、全運動エネルギーに占める波動成分の割合が大きく波動が支配的であり、運動エネルギーとポテンシャルエネルギーが同程度であることが確認された。これにより、異方性、波動の卓越性、弱乱流の成立が線形の内部重力波の時間スケールと渦の非線形時間スケールとの比較により説明できることが明らかとなった。
いずれの系においても、低波数領域で支配的な波動と大規模構造が急峻なエネルギースペクトルを持つことから、低波数域での粘性散逸が無視できないことがわかった。このことは、異種乱流の共存状態におけるエネルギー輸送に対する重要な予想であるcritical balance理論とは必ずしも整合しないが、異種乱流の共存状態の形成・維持機構において、粘性散逸が重要な役割を果たしていることを示唆している。
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