2022 Fiscal Year Annual Research Report
３次元乱流中に自発的に現れる２次元構造とエネルギー伝達の時間的・空間的揺らぎ
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19K03677
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
高岡 正憲 同志社大学, 理工学部, 教授 (20236186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 英一 秋田大学, 理工学研究科, 助教 (60710811)
横山 直人 東京電機大学, 工学部, 教授 (80512730)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 局所フラックスベクトル / 異種共存乱流 / 臨界平衡 / 自己組織構造 / 縞状構造（帯状流） / エネルギー伝達 / 回転乱流 / 成層乱流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
回転や成層の効果があると大スケールに２次元的な非等方構造が誘起され、カスケードを繰り返しながら小スケールでは一様等方乱流となる。このような異種共存乱流における、エネルギーを含む保存量の流れを調べてきた。
今年度は締めくくりとして、2次元のCharney-Hasegawa-Mima乱流における保存量の波数空間での流れと実空間の構造の関係を中心に調べた。エネルギーとエンストロフィとゾノストロフィの３重カスケード状態において、エンストロフィのカスケードは回転の影響をほとんど受けないのに対し、エネルギーとゾノストロフィのカスケードはほぼ等方的に逆カスケードするが、Rhines波数付近から非等方的となりその円周に沿うように流れるようになる。回転効果の勾配をy方向として、波数空間のk_y軸上に流れ込んだエネルギーはk_y軸上に溜りダンベルスペクトルを形成し、実空間の帯状流に対応していることも分かった。
研究期間全体を通じて３次元と２次元の回転系を中心に調べた。回転球殻内乱流では、赤道付近と極域とで異なる２次元構造が現れ、それらの間の遷移を明らかにしたが、エネルギーの流れを同定するまでには至らなかった。３次元の成層乱流では、異種共存乱流の境界を同定する物理量を提案し、論文として公表した。３次元の回転乱流では、エネルギーカスケードの非等方な流れを捉えることに成功し論文として公表したが、臨界平衡との整合性を確認するには更に大規模な計算が必要であることが分かった。２次元の回転系に相当するCHM乱流では波数空間を広く取れることもあり、局所フラックスベクトルを提案して、異種共存乱流の３重カスケードにおける等方的逆カスケードの低波数域での非等方化および臨界平衡との整合性も示し、論文として公表した。また、その乱流中に自発的に現れる実空間の帯状流と波数空間のカスケードの非等方化との関係を明らかにした。
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