2015 Fiscal Year Annual Research Report
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23540583
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
三浦 英昭 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40280599)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒木 圭典 岡山理科大学, 工学部, 教授 (90299181)
伊藤 淳 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (70413987)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2016-03-31
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| Keywords | 拡張MHD / Hall MHD / エネルギースペクトル / 構造遷移 / LES |
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| Outline of Annual Research Achievements |
拡張MHDモデルの一つ、Hall MHD方程式による乱流について、直接数値シミュレーション(DNS)およびラージエディシミュレーション(LES)を実施した。Hall項は、磁場の短波長成分を励起する。この励起により、エネルギースペクトルに新たなべき則が出ることは以前から指摘されていた。我々は、これまでに行われてきた諸研究の中で最大規模のシミュレーションにより、この新たなべき則が-7/3の指数を持つことを明確に示した。次に、Hall項の影響を最も受けやすい短波長成分の影響を、運動方程式の右辺項、速度場によるダイナモ効果、Hall項を含めてSmagorinsky型の渦粘性モデル（これは調整可能なモデル係数 Smagorinsky定数を含む)で近似を行った。短波長成分をこのモデルで代替したLESを実施、一様等方性のHall MHD乱流のDNSデータと比較し、Smagorinsky定数の決定を行った。この結果から、
・一様Hall MHD乱流のLESはHall効果による空間構造の変化(MHD乱流における渦シートから、Hall MHD乱流における管状渦への変化）を再現可能である
・Hall MHDの一次元スペクトルのうち、磁場に垂直な方向へのエネルギースペクトルは、LESでもよく再現できる
・Hall MHDの一次元スペクトルのうち、磁場平行方向成分を磁場平行方向にフーリエ変換したエネルギースペクトルでは、LESのSGSモデルによる過剰な減衰が見られる
等が明らかになった。今回採用したSGSモデルはHall項を含むMHD乱流の短波長成分の役割を近似的に代替可能であるが、一層の改善の余地もある。
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