2017 Fiscal Year Research-status Report
双曲型不安定性と波動の位相シフトが生み出す新しい型の流体力学的不安定性の研究
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17K05561
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
服部 裕司 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70261469)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 双曲型不安定性 / 密度成層 / 電磁流体 / 内部重力波 / アルヴェーン波 / 渦列 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 双曲型よどみ点をもつ密度成層流の局所安定性解析：1 次元周期渦列および渦対の局所安定性解析を行った。2 次元周期渦列と同様に新しい型の不安定性がパラメタ共鳴により発現することを確認した。これにより、新しい型の不安定性が、複数の渦が存在する成層流体において普遍的に存在することを示した。さらに不安定成長率の成層強度依存性を明らかにした。
(2) 双曲型よどみ点をもつ密度成層流の固有モード安定性解析：固有モード安定性解析により新しい型の不安定性の線形領域における特性を研究した。線形化方程式の長時間シミュレーションにより、最も不安定な固有モードを得る方法を採用した。まず、新しい型の不安定性が固有モードとして存在することを確認した。短波長領域において局所安定性解析による結果との比較を行い、局所安定性解析の解が固有モードの構造をよく説明することを示した。以上の結果より、新しい型の不安定性を成層双曲型不安定性と名付けた。
(3) 双曲型よどみ点をもつ密度成層流の直接数値シミュレーション：密度成層の効果をブシネ近似により取り入れた支配方程式の高精度直接数値シミュレーションにより、非線形領域における不安定化過程・成長の飽和・乱流遷移の過程を解明するため、数値シミュレーション用のプログラム開発を行った。
(4) 別種の波動によるパラメタ共鳴不安定性の解明：局所安定性解析により、一様外部磁場下にある2 次元周期渦列の安定性を研究した。磁場の大きさに適切な仮定を置き、局所安定性解析の方程式系を導いた。数値シミュレーションにより、双曲型不安定性とアルヴェーン波が協働して生み出すパラメタ共鳴不安定性が存在することを示し、その発現の条件と磁場の強さの関係を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度の研究計画は、一部を除いてほぼ予定通りに実行された。「(1) 双曲型よどみ点をもつ密度成層流の局所安定性解析」および「(2) 双曲型よどみ点をもつ密度成層流の固有モード安定性解析」については、計画通りに実行され成果を挙げた。「(3) 双曲型よどみ点をもつ密度成層流の直接数値シミュレーション」については、プログラム開発が遅れ、数値シミュレーションの実行が十分にはできなかった。これは平成30年度以降に実施する。
一方で、平成30年度以降の研究計画を一部前倒しして開始し、成果を挙げた。具体的には「(1) 別種の波動によるパラメタ共鳴不安定性の解明」について、「(1-2) 双曲型よどみ点をもつ電磁流体の不安定性」の研究を実行した。前倒ししたのは、別種の波動によるパラメタ共鳴不安定性が存在するかどうかを早めに確認しておくことが必要と判断したことによる。その結果、存在が確認され、本研究を当初計画に沿って進めることが適切であることがわかった。
以上のように、平成29年度の研究計画を一部を除いてほぼ予定通りに実行し、平成30年度以降の研究計画を一部前倒しして実行していることから、おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に沿って進める。
密度成層の場合は新しい型の不安定性の存在は示されているが、他の効果では波動の位相シフト効果が不安定性に寄与しない可能性もあった。しかし、少なくとも電磁流体については双曲型不安定性とアルヴェーン波が協働して生み出すパラメタ共鳴不安定性が存在することが示された。よって当初の研究計画に沿って進めることで本研究の目的を達成できると考えられる。
今後はまず遅れている平成29年度の「(3) 双曲型よどみ点をもつ密度成層流の直接数値シミュレーション」を進める。さらに平成30年度以降の計画から「(1) 別種の波動によるパラメタ共鳴不安定性の解明」の「(1-1) 双曲型よどみ点をもつ回転流の不安定性」および「(1-2) 双曲型よどみ点をもつ電磁流体の不安定性」の続きを進める。進み具合によっては、「(2) 複合的な効果によるパラメタ共鳴不安定性の解明」の一部を前倒しして実行する。
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| Causes of Carryover |
平成29年度に導入予定であったワークステーションについて、本研究開始後に本研究で行う数値シミュレーションにより適したワークステーションが発売されることがわかった。慎重に構成を検討した結果、大容量データ保存のためのハードディスクは不要となり、結果的に次年度使用額が発生した。
一方で、本研究開始後に、本研究の成果発表を行うのに相応しい国際会議として平成30年度の米国物理学会（2018年11月、アトランタ（米国））があることが判明した。このため、次年度使用額分はこの国際会議の参加のための旅費として使用する。
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Research Products
(4 results)
