2013 Fiscal Year Research-status Report
高レイノルズ数乱流特有の渦組織構造とその動力学の情報縮約法の開発と計算科学的解明
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23560194
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
石原 卓 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10262495)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芳松 克則 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70377802)
岡本 直也 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80547414)
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| Keywords | 高レイノルズ数乱流 / 剪断層 / 間欠性 |
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| Research Abstract |
一様等方性乱流の大規模直接数値計算（最大格子点数4096の3乗）のデータ解析および可視化により，R_λ=O(100)の低レイノルズ数乱流における強い渦構造が“孤立した管状渦”であるのに対し，R_λ=O(1000)の高レイノルズ数乱流では強い管状渦が密集して形成される“複雑な薄い剪断層”であることを明らかにした．(ここで，R_λはテイラー長λに基づくレイノルズ数である.) これは，高レイノルズ数乱流と低レイノルズ数乱流の渦構造の質的な違いを具体的に表現したものであり，広い慣性小領域を有する高レイノルズ数乱流の間欠的な渦構造の特徴を示すものである．今回，高レイノルズ数乱流DNSデータ中のO(L)（Lは積分長）のサイズの部分領域を組織的に調べた結果，エンストロフィーの平均値が大きい部分領域中に上述のような剪断層(もしくはその一部)が含まれる確率が高いことが分かった．また，前年度作成した格子点数4096の3乗の乱流DNSの時系列データを解析した結果，強渦度領域のシャープな境界を有する強い剪断層が少なくともO(λ/u' )(u'は速度揺らぎのrms値)の時間スケールで持続して存在することが確認できた．そして，動画を用いた解析により，(1)厚さO(λ)の剪断層中の強い管状渦は変形しつつ層内をO(u')の速度で移動していること，(2)最も強い剪断層の内部で渦度の値が著しく大きい点が高頻度で生成・消滅を繰り返すこと，などが分かった．
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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
当初，高レイノルズ数乱流中の剪断層の界面を特徴付けるためにウェーブレット変換を活用した粗視化を行う予定であった．しかし，VAPORという可視化ソフト中の粗視化がほぼ同じ目的で使えることが判明したため，VAPORを用いた可視化と解析を実施した．その結果，O(λ)のスケールで粗視化したエンストロフィーに対して適当な閾値を設定して定義される等値面が，強い管状渦の密集領域(剪断層の内部)と弱い渦度領域(剪断層の外部)のちょうど間にあることが確認できた．これは，剪断層の境界面を管状渦の密集・非密集の遷移層として定義した場合，その場所の特定はO(λ)のスケールで粗視化したエンストロフィーを用いて実現できることを示している．高レイノルズ数乱流中の剪断層の界面についての理解が得られたこと，および，時系列データの解析も進んだこと，により研究は順調に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の当初の目的はほぼ達成された．今後は，非一様な流れ中の剪断層の解析，および，剪断層の役割を明らかにするための解析，についての打ち合わせをHunt教授と7月に香港にて行い，研究をさらに発展させる予定である．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
年度内に得られた結果についての発表および研究打ち合わせを次年度に行う必要が生じた．
2014年7月に香港にて開催される研究集会での講演および香港大学でのHunt教授との研究打ち合わせのため出張旅費として使用する．
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