2020 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of the two-fluid turbulence characteristics by coupled simulation between quantum turbulence and normal-fluid turbulence
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18K03935
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
小林 宏充 慶應義塾大学, 法学部(日吉), 教授 (60317336)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 量子乱流 / 数値流体力学 / 超流動ヘリウム / ２流体結合 / 混相流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極低温の液体ヘリウムは、粘性ゼロの超流体成分と粘性をもつ常流体成分の混合状態である超流動ヘリウムの状態と考えられている。超流体は速度循環が量子化された渦糸として存在し、タングル状になった状態を量子乱流と呼ぶ。このようなヘリウムで満たされたダクトの一端をヒーターで熱すると常流体は高温側から低温側へ移動し、質量を保存するように超流体は低温側から高温側へと流れる熱対向流が発生する。ヒーター温度がさらに上昇すると熱対向流速度が増加し、超流体中の渦糸密度が増加して量子乱流となる。常流体は熱対向流速度が増加していくにつれ、量子乱流との相互作用が増加し、速度場が変形を受け、層流から乱流へと変化すると最近の実験から考えられている。
今年度は、常流体も乱流状態の検討を実施した。対向流速度が上昇すると、量子渦密度が急増し、量子渦の計算が不可能になることがわかった。そこで、高速多重極展開法を適用することで、計算量を減らし、計算の高速化を行った。実験ではダクト流であるが、まずは壁のない対向流を有する一様等方性乱流での検討を実施した。実験ではある臨界速度よりも対向流速度が増加すると、量子乱流の渦糸密度が急増することが報告されており、これは常流体が乱流化したからと予想されいてる。人工的に与えた外力によって常流体の乱流強度を変化させ、実験と同じ乱流強度での2流体乱流現象の再現を試みた。予備的な結果ではあるものの、常流体の乱流強度が増加すると、量子乱流の渦糸密度を増加させる相乗効果が発生し、実験で得られている渦糸密度の増加率とよい一致が得られることがわかった。この結果は、未だ大きな謎に包まれているダクト流れ実験の結果の再現・解明に向けて、非常に重要な一里塚となると考えている。
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Research Products
(8 results)
