2022 Fiscal Year Annual Research Report
雲乱流統計理論の応用による混相流における乱流変調の解明
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20H02066
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
齋藤 泉 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70798602)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 威 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30345946)
後藤 俊幸 慶應義塾大学, 自然科学研究教育センター(日吉), 訪問教授 (70162154)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 混相流 / 乱流変調 / 乱流・粒子間相互作用 / 雲乱流 / 乱流統計理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はまず、ラグランジュ描像に基づく高シュミット数スカラー乱流シミュレーションの問題に取り組んだ。前年度の小規模計算の結果を土台とし、格子点数1024および2048の3乗の大規模シミュレーションを実施し、テイラー長レイノルズ数で最大約550の乱流を実現した。統計的平衡状態におけるスカラー分散スペクトルを調べたところ、高波数側には-1、低波数側には-5/3の傾きを示し、二つの傾きの境目はコルモゴロフ長で規格化した波数でおよそ0.04であった。-1と-5/3の傾きは、それぞれ乱流理論で予測されるバチェラースペクトル、オブコフ・コアシンスペクトルと整合的である。また二つの傾きの波数領域から評価された無次元定数も、先行研究の結果と整合的であった。更に、スカラー分散の輸送フラックスや３次混合構造関数からも、乱流理論の予測との整合性を確かめることができた。
次に、雲乱流環境内における過飽和度揺らぎのラグランジュ的自己相関時間に対する、雲粒の凝縮・蒸発による変調の影響を調査した。まず最も単純な状況として粒子が流体粒子として運動する場合を考え、格子点数128から512の3乗の比較的小規模な格子点数でパラメータスウィープ実験を行い、雲粒の凝縮・蒸発による過飽和度ゆらぎのラグランジュ的自己相関時間の変調について調査した。得られた変調の特徴は雲パラメタリゼーションのための統計モデルの予測と良く一致しており、統計モデルの妥当性を直接数値シミュレーションによって検証することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ラグランジュ描像に基づくスカラー乱流シミュレーションについては、前年度に実施した小規模実験の結果をまとめ、査読付英文誌に投稿することができた。また大規模シミュレーションも予定通りに実施することができ、目標とする運動量慣性等を含む計算の準備ができた。また雲乱流環境中の過飽和度の自己相関時間の調査についても、粒子が流体粒子として運動する単純な場合の検証が完了し、目標とする運動量慣性や重力の影響の調査の準備ができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の研究により得られた結果を土台として、粒子が運動量慣性や重力の影響を受ける場合の調査を進めていく。運動量慣性を特徴付けるパラメータであるストークス数や、重力による粒子の終端速度の大小によって、スカラー分散スペクトルや過飽和度揺らぎのラグランジュ的自己相関時間がどのように変化するかを調査する。
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