テイラー・クエット流れを用いた古典流体力学と量子電磁力学のアナロジー理論の検証

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20656018
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: 山田 英助 Aoyama Gakuin University, 理工学部, 助教 (60453487)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 篠田 昌久 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (80292241) ; 林 光一 青山学院大学, 理工学部, 教授 (60156437)
• Keywords: 流体 / 量子電磁力学 / アナロジー

Research Abstract

交付申請書の「研究の目的」に示した具体的な目的は、テイラー・クエット流れを数値的に解析してアナロジー理論を検証することであった。これに向けてテイラー・クエット流れの数値シミュレーションを実行する環境を青山学院大学と山形大学に整備した。青山学院大学では、汎用流体解析ソフトウェアCFD++を利用してテイラー・クエット流れの三次元数値計算を数例実行した。速度の時間履歴のFFT解析を行い、ある特徴的な周波数が複数存在することを確認し、実験で報告されている結果と比較を行った。特徴的な周波数の相対的な位置関係と強度については、実験結果と似た傾向がみられたが、絶対的な値のズレについては検討の余地がある。山形大学では、オリジナル計算コードにより二次元計算と三次元計算を比較しながら、流れの三次元効果について検討した。二次元計算では速度の時間変動が現れずに定常状態に達するが、三次元計算では激しい振動が見られ、非定常状態が続くことが確認できた。周方向に緩やかにねじれて波打つ渦輪のような三次元渦構造を捉えることができた。これが三次元計算で見られた激しい速度振動の原因ではないかと思われる。以上のように青山学院大学と山形大学で数値シミュレーションの実行環境を整え、計算を実行し、FFT解析まで行えたことで、研究の基盤ができた。年度末には流体力学関連の会議における発表の検討も行い、初年度としては、計画通りの有意義な成果が得られたといえる。