2023 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、まず前年度まで継続して取り組んできた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成果を論文にまとめ、英文査読誌において発表した。次に、粒子によるスカラー分散スペクトルに対する粒子の運動量慣性の影響を調査した。これまでのシミュレーションでは、粒子は運動量慣性を持たない流体粒子とみなしていたが、大気の雲中で観測される雲水混合比スペクトルとの対応を調べるために、粒子に運動量慣性を持たせたシミュレーションを実施した。その結果、高波数側の -1 の傾きのスカラー分散スペクトルは変調され、その度合いはストークス数（粒子の慣性応答時間と乱流のコルモゴロフ時間の比）が大きいほど顕著であることが分かった。変調によって形成されるスカラー分散スペクトルは、定性的には大気で観測された雲水混合比のパワースペクトルと似ているが、低波数の -5/3 からの切り替わりの波数など、より定量的には異なっていた。
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、重力沈降による変調の影響を調査した。格子点数128から1024の3乗にわたる直接数値シミュレーションによるパラメータスウィープ実験を行い、重力沈降によって相関時間は短くなること、また変調は沈降パラメータ（粒子の終端速度と乱流の大渦回転時間の比）で特徴付けられることを明らかにした。重力沈降の影響を表す際には、先行研究ではしばしばコルモゴロフ時間（乱流の最小スケール渦の回転時間）が用いられてきたが、それに反して本研究では最大スケール渦の回転時間の重要性が示された。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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