2021 Fiscal Year Annual Research Report
Driving mechanism of coexistence of large-scale structures, waves and eddies in anisotropic turbulence, and its energy flux in transition wavenumber range
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18K03927
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
横山 直人 東京電機大学, 工学部, 教授 (80512730)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高岡 正憲 同志社大学, 理工学部, 教授 (20236186)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 非等方性乱流 / エネルギー輸送 / 異種乱流の共存 / 臨界平衡 / 局所エネルギーフラックスベクトル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は、エネルギー輸送の波数空間における局所性と、エネルギーフラックスベクトルのノルムが最小となる最小作用の原理を要請し、波数空間で定義されるエネルギーフラックスベクトルを前年度までに提案した。このエネルギーフラックスベクトルは、等方性乱流では必然的な等方的エネルギーフラックスを示し、非等方性の強い波数領域ではその系固有の非等方なエネルギーフラックスベクトルを示す。しかしながら、前年度までに行った3次元回転乱流の直接数値シミュレーションでは、計算規模が未だ小さく十分なモード数が確保できておらず、本研究課題の大規模構造・波動・渦の共存状態のスペクトル帯域が不十分であったため、遷移波数領域のエネルギーフラックスを捉えることができなかった。
これらの異種乱流の広帯域に渡る共存状態を数値的に達成するために、本年度は、十分なモード数の直接数値計算を実行可能な2次元非等方性乱流モデルである、Charney-Hasegawa-Mima方程式に従う準地衡流乱流において、提案したエネルギーフラックスベクトルを用いて、異種乱流間のエネルギー輸送を定量的に評価した。この遷移波数領域が同定可能な大規模直接数値シミュレーションを用いて、異種乱流間のエネルギー輸送を定量的に評価した。大規模構造・波動・渦が十分広帯域に存在し、かつ、これらの遷移波数領域が同定可能な大規模直接数値シミュレーションを用いて、異種乱流共存状態における種々の保存量に対応するフラックスを得た。また、得られたエネルギーフラックスは、遷移波数に沿ってエネルギーが輸送されるとする臨界平衡の予想と一致した。
これらの結果をPhysical Review Fluids誌や国際会議等で発表した。
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