2019 Fiscal Year Annual Research Report
Temporal and spatial multiple states and memory in fully developed turbulence
| Project/Area Number |
16K05490
|
|---|
| Research Institution | Doshisha University |
|---|
Principal Investigator |
高岡 正憲 同志社大学, 理工学部, 教授 (20236186)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野 吉規 同志社大学, 理工学部, 助教 (70402542) [Withdrawn]
横山 直人 同志社大学, 研究開発推進機構, 嘱託研究員 (80512730) [Withdrawn]
佐々木 英一 秋田大学, 理工学研究科, 特任助教 (60710811)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 回転乱流 / 成層乱流 / 波動乱流 / 渦柱 / ヒステリシス / ２次元乱流 / エネルギーフラックス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
発達した乱流においては混合が活発に行われているが、時間的・空間的に異なる統計的性質を示す多重状態やヒステリシスを示すことがある。本研究の目的は、この多重性と記憶の発現機構を解明することである。特色として、壁との相互作用から生じる渦が重要な役割をする乱流（壁有乱流と略す）と、波が重要な役割をする乱流（波有乱流）とを対象としている。
先行研究から扱っていた弾性薄板の波動乱流では、強・弱乱流状態が共存しているだけではなく、活発期と平穏期という多重状態があることを見出した。この一様等方な系で実空間の非等方な構造が波数空間の非局所相互作用の担い手となっていることを突き止め、波数空間および実空間におけるエネルギー輸送の全体像を解明した。
壁有乱流については、分担者の交代により平行平板間乱流から回転球殻内乱流に変更した。この系は幾何学的変数と回転変数が有り探索域の絞り込みに時間を要したが、内・外球殻を同方向に差分回転を与えると、高緯度の渦柱と低緯度のトロイダル渦との遷移が現れ、多重状態となり得ることが分かった。緯度による非一様性のため解析は難しいが、球殻による剪断応力とCoriolis力の優劣によるものと思われる。
波有乱流については、それぞれ慣性波と内部重力波が現れる回転乱流と成層乱流を調べた。これらの系では低波数側に非等方性波動乱流と高波数側に3次元等方性Kolmogorov乱流とが共存する。弱乱流領域を定量的に同定する指標を提案し、波数空間において両乱域の境界を見積もれることを示した。波数空間でのエネルギーの流れの定式化を提案し、共存する乱流の境界を流れるエネルギーを調べることが可能となった。
上記の結果より、波と渦の相互作用により乱流の多重状態を生み出す機構の一つの鍵が、回転効果であると考えられる。回転球面の接平面上の乱流を調べ、エネルギーの流れに対するこの相互作用の影響を明らかにした。
|
