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2014 Fiscal Year Annual Research Report

起伏のある水底上の水の波の漸近解析

Research Project

Project/Area Number 24340030
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

井口 達雄  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (20294879)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 谷 温之  慶應義塾大学, 理工学部, 名誉教授 (90118969)
高山 正宏  慶應義塾大学, 理工学部, 助教 (90338252)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords流体 / 水の波 / 関数方程式 / 浅水波近似 / 変分構造 / Euler-Lagrange方程式 / 国際研究者交流 / フランス
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,水底に凹凸がある場合の水の波の浅水波近似および長波長近似の数学的に厳密な正当性を与えることを目的としている.水の波は重力場の下での非圧縮性・非粘性流体の渦なし流に対する自由境界問題として偏微分方程式系によって数学的に定式化される.浅水波近似は水深と比較して波長が非常に長い波として,長波長近似は無限小振幅の浅水波近似として,それぞれ特徴付けられる.
本年度は,まず水の波の浅水波近似に的を絞り研究を行った.特に,水の波の基礎方程式系が有する変分構造を利用した近似方程式の初期値問題を考察した.その変分構造は Luke (1967) によって見出されていることはよく知られている.そのLukeのラグランジュ関数における速度ポテンシャルを適当な関数系を用いて近似し,近似ラグランジュ関数に対するオイラー・ラグランジュ方程式が近似方程式であり,海岸工学の分野で提唱された.その近似方程式に対しては,時刻 t=0 が時空間における特性曲面になっており,その初期値問題は一般には可解でない.本研究では,その初期値問題が可解になるための必要十分条件を与えた.さらに,自明解の周りでの線形化方程式系は浅水波近似と見なせることができ,しかも,高次近似方程式として知られている Green-Naghdi方程式よりも,さらに高次の近似になっていることを証明した.しかし,本来の非線形方程式に対する正当化は今後の課題として残された.

次に,粘性および表面張力が浅水波近似に与える影響も考察した.この場合,浅水波近似は薄膜近似とも呼ばれる.斜面を下る液膜の薄膜近似の正当性を与えることを念頭に置き,Reynolds数,斜面の傾斜角は小さいという技術的な制限がつくものの,無次元化した基礎方程式系の解に対して,液膜の厚みと代表波長の比である無次元数に関する一様評価を導出した.

  • Research Products

    (19 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (15 results) (of which Invited: 10 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] A shallow water approximation for water waves over a moving bottom2015

    • Author(s)
      Hiroyasu Fujiwara and Tatsuo Iguchi
    • Journal Title

      Advanced Studies in Pure Mathematics

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solvability of the initial value problem to a model system for water waves2015

    • Author(s)
      Yuuta Murakami and Tatsuo Iguchi
    • Journal Title

      Kodai Mathematical Journal

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Motion of a vortex filament with axial flow in the half space2014

    • Author(s)
      Masashi Aiki and Tatsuo Iguchi
    • Journal Title

      Annales de l'Institut Henri Poincare (C) Non Linear Analysis

      Volume: 31 Pages: 1311-1335

    • DOI

      10.1016/j.anihpc.2013.09.004

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A mathematical justification of the thin film approximation for the flow down an inclined plane2015

    • Author(s)
      上野 大樹,井口 達雄
    • Organizer
      日本数学会年会
    • Place of Presentation
      明治大学(東京都・千代田区)
    • Year and Date
      2015-03-24
  • [Presentation] A mathematical justification of the thin film approximation for the flow down an inclined plane2015

    • Author(s)
      上野 大樹,井口 達雄
    • Organizer
      現象解析特別セミナー 第7回
    • Place of Presentation
      茨城大学 教育学部(茨城県・水戸市)
    • Year and Date
      2015-03-17
  • [Presentation] Solvability of a model system for water wave to a model system for water waves2015

    • Author(s)
      井口 達雄
    • Organizer
      The 7th Nagoya Workshop on Differential Equations
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県・名古屋市)
    • Year and Date
      2015-03-05
    • Invited
  • [Presentation] A mathematical justification of the thin film approximation for the flow down an inclined plane2015

    • Author(s)
      上野 大樹,井口 達雄
    • Organizer
      研究集会「若手のための偏微分方程式と数学解析」
    • Place of Presentation
      福岡大学 セミナーハウス(福岡県・福岡市)
    • Year and Date
      2015-02-09
    • Invited
  • [Presentation] Solvability of a model system for water wave to a model system for water waves2015

    • Author(s)
      井口 達雄
    • Organizer
      Mathematical Analysis on Fluid Dynamics and Conservation Laws
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都・目黒区)
    • Year and Date
      2015-01-23
    • Invited
  • [Presentation] Solvability of the initial value problem to a model system for water waves2014

    • Author(s)
      井口 達雄
    • Organizer
      慶應力学系セミナー
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学理工学部(神奈川県・横浜市)
    • Year and Date
      2014-11-26
    • Invited
  • [Presentation] 水の波の方程式2014

    • Author(s)
      井口 達雄
    • Organizer
      非線形偏微分方程式 冬の学校 '14 in 札幌
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2014-11-21 – 2014-11-22
    • Invited
  • [Presentation] Solvability of a model system for water wave to a model system for water waves2014

    • Author(s)
      井口 達雄
    • Organizer
      Linear and Nonlinear Waves, No.12
    • Place of Presentation
      ピアザ淡海 滋賀県立県民交流センター(滋賀県・大津市)
    • Year and Date
      2014-11-13
    • Invited
  • [Presentation] Motion of a Vortex Filament in an External Flow2014

    • Author(s)
      相木 雅史,井口 達雄
    • Organizer
      日本数学会秋季総合分科会
    • Place of Presentation
      広島大学(広島県・東広島市)
    • Year and Date
      2014-09-27
  • [Presentation] Solvability of the initial value problem to a model system for water waves2014

    • Author(s)
      井口 達雄
    • Organizer
      京都大学NLPDEセミナー
    • Place of Presentation
      京都大学理学部(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2014-07-11
    • Invited
  • [Presentation] On the thin film approximation for the flow of a viscous incompressible fluid down an inclined plane2014

    • Author(s)
      上野 大樹,井口 達雄
    • Organizer
      10th AIMS Conference on Dynamical Systems, Differential Equations and Applications
    • Place of Presentation
      Universidad Autonoma de Madrid, Madrid (Spain)
    • Year and Date
      2014-07-09
  • [Presentation] On the thin film approximation for the flow of a viscous incompressible fluid down an inclined plane2014

    • Author(s)
      上野 大樹,井口 達雄
    • Organizer
      RIMS研究集会「Mathematical Analysis in Fluid and Gas Dynamics」
    • Place of Presentation
      京都大学数理解析研究所(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2014-07-03
    • Invited
  • [Presentation] Motion of a Vortex Filament in an External Flow2014

    • Author(s)
      相木 雅史,井口 達雄
    • Organizer
      RIMS共同研究「線形および非線形分散型方程式に関する最近の進展」
    • Place of Presentation
      京都大学数理解析研究所(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2014-05-21
  • [Presentation] Solvability of the initial value problem to a model system for water waves2014

    • Author(s)
      井口 達雄
    • Organizer
      神楽坂解析セミナー
    • Place of Presentation
      東京理科大学理学部(東京都・新宿区)
    • Year and Date
      2014-04-26
    • Invited
  • [Presentation] Motion of a Vortex Filament in an External Flow2014

    • Author(s)
      相木 雅史,井口 達雄
    • Organizer
      神楽坂解析セミナー
    • Place of Presentation
      東京理科大学理学部(東京都・新宿区)
    • Year and Date
      2014-04-26
    • Invited
  • [Remarks] 井口研究室ホームページ

    • URL

      http://www.math.keio.ac.jp/~iguchi/

URL: 

Published: 2016-06-01  

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