2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of micro-physics SGS model for very high Reynolds number MHD simulations
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17K05734
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
三浦 英昭 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (40280599)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒木 圭典 岡山理科大学, 工学部, 教授 (90299181)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 乱流 / Hall MHD / 高磁気プラントル数 / エネルギースペクトル / SGSモデル / LES |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電磁流体力学(MHD)方程式にHall項を加えたHall MHD方程式や、これにジャイロ粘性項を加えた拡張MHD方程式について、Large Eddy Simulation(LES)を行うことを目指した微視的数値モデルの研究を行った。LESには、シミュレーションでは解像されない格子サイズ以下のスケールが、格子サイズ以上のスケールに及ぼす効果を定性的なモデル（サブグリッドスケールモデル、SGSモデル）で代替する必要がある。当該課題の研究着手以来、このモデルの基礎データを取得するための高解像度の直接数値シミュレーション(DNS)（これは数値モデルを使用しないシミュレーションである）を進めるとともに、このデータに基づいたSGSモデルの開発を進めてきた。
DNSに基づく研究では、高磁気プラントル数のHall MHD乱流について、格子点数2048^3の大規模シミュレーションを実施した。この高磁気プラントル数Hall MHD乱流シミュレーションでは、速度場のレイノルズ数が低い場合について、2019年に論文を発表している。2020年度から2021年度のシミュレーションのデータから、磁場の低波数成分(MHDスケール)に対する、速度場のメソスケール（このスケールでは、高磁気プラントル数乱流特有のべき則が生じていることが2019年の論文で明らかになっている）の役割の大きさがわかった。
さらに、これまでのDNS研究を元に、Hall項についての新たなSGSモデルを開発した。この新しいSGSモデルは、従来までのSGSモデルに比べて、LESにおける実質的な解像度を2倍近くに引き上げるものである。このモデルの有効性を、査読付き雑誌に論文として発表した。
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