2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K05548
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
坪田 誠 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (10197759)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 量子乱流 / 超流動ヘリウム / 2流体モデル / 可視化実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1941年にランダウが提案した２流体モデルは超流動現象を記述する強力な現象論的モデルであり、超流動、超伝導なと様々な低温物理の現象を理解するのに強力な役割を果たして来た。このモデルは、超流動に関する様々な現象を記述するのに有効だが、両者の運動方程式を連立させて解かれたことはほとんどない。超流動の乱流-量子乱流-の研究は、秀れた可視化実験と数値計算により、２流体モデルの完全結合ダイナミクスを扱う段階に達してきた。本研究は、超流体のダイナミクスを量子渦糸モデルで、常流体をナヴィエ・ストークス方程式で記述し、両者は相互摩擦で結合、連立させて解き、史上初めて、超流体と常流体の結合ダイナミクスを明らかにすることを目指す。状況は、これまで最もよく研究が行われて来た熱対向流を想定する。本年は、まず、常流動が層流である場合を想定して、２流体の結合ダイナミクスの計算を行った。量子渦が発達し量子乱流を形成するに伴い、大きな相互摩擦により、常流動流れ場が大変形を起こすことを示した。これは近年のアメリカのグループの可視化実験と符合するものである。この変形を特徴付けるために、通常のレイノルズ数に加えて、相互摩擦力の大きさを表す無次元量を提案し、それがうまく機能していることを数値計算との比較で確認した。これは、以下に述べるようにさらなる展開が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
２流体の結合ダイナミクスの計算に成功し、成果をPhysical Review Lttersに発表することができたから。
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| Strategy for Future Research Activity |
この２流体結合の実現により、これまで研究できなかった以下のような発展・展開が見込まれる。1. 熱対向流の助走区間の評価。2.熱対向量子乱流の減衰。3. 常流動流れ場の層流から乱流への遷移の評価。
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| Causes of Carryover |
当初、数値計算用の計算機の更新を計画し、それを物品費に形状していたが、当該年度は現状の計算機で十分対応できることがわかり、計算機の更新は次年度以降に先送りした。
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[Book] 量子流体力学2018
Author(s)
坪田 誠、小林 未知数、竹内 宏光、笠松 健一
Total Pages
338
Publisher
丸善
ISBN
978-4-621-30247-7
