2021 Fiscal Year Annual Research Report
超高プラントル数スカラーの成層乱流とエネルギー交換
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21H01247
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
花崎 秀史 京都大学, 工学研究科, 教授 (60189579)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沖野 真也 京都大学, 工学研究科, 講師 (30711808)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 成層流体 / 乱流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高プラントル数の典型である塩分成層流体中の乱流を、乱れの積分長で定義したレイノルズ数がRe=50～100の場合について、数値計算、水槽実験、理論解析により調べた。２０２１年度は、特に、成層の強さを表すフルード数Frによって、運動エネルギーと位置エネルギーのエネルギー交換がどのように変化するかを調べた。同時に、それを媒介する鉛直塩分フラックスとそのスペクトルが、どの波数でエネルギー交換に関わっているかを調べた。
1. 数値計算：Pr =700の直接数値シミュレーション(DNS) を、周期境界条件を課した立方体領域に対して行った。注目する物理量は、速度場（2乗が運動エネルギー）、塩分撹乱（2乗がポテンシャル・エネルギー）、塩分の鉛直フラックス、の空間分布と時間変化である。また、それらの水平・鉛直スペクトルの時間変化を調べた。それにより、空間構造及びそれに対応するスペクトルのFr依存性を明らかにした。
2. 水槽実験：速度場のPIV （粒子画像計測）法による計測を、Nd:YAGレーザーを用いて行った。また、塩分濃度場をLIF（レーザー誘起蛍光法）によって測定するため、連続発振の固体レーザー(532nm) を新たに導入し、その励起波長532nmに対応する蛍光染料としてローダミン６Gを用いるための準備実験を行った。
３．理論解析：パッシブスカラーに関する理論であるBatchelor(1959) の理論と同様の線形解析を、浮力を持ったスカラーの存在する成層乱流の場合に拡張することを試みた。
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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
数値計算と理論は、ほぼ予定通りに進行している。水槽実験については、レーザーの故障などにより、LIF（レーザー誘起蛍光法）を用いた塩分濃度測定が予定よりも遅れることになったが、新規に購入した（従来と異PIV （粒子画像計測）法なる波長の）レーザーとその波長に対応する新規の蛍光染料を用いた予備実験を行った結果、塩分濃度測定の目途も立った。
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| Strategy for Future Research Activity |
数値計算と理論は、計画通りに研究を進める。実験については、PIV （粒子画像計測）法による速度計測に加え、LIF（レーザー誘起蛍光法）による塩分濃度計測を行っていく。
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