2014 Fiscal Year Annual Research Report
乱流混合と雲マイクロ物理素過程の大規模並列数値計算による解明
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24360068
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
後藤 俊幸 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70162154)
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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), 准教授 (30345946)
三浦 英昭 核融合科学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 准教授 (40280599)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 乱流 / スカラー混合輸送 / 雲マイクロ物理 / 雲粒子 / 大規模並列計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一様な温度勾配がある場合(case G)とない場合(case R)についての2種類のスカラー場について、空間解像度をそれまでの2048の3乗から4096の3乗までに拡大し長時間積分を行った。格子点数と長積分時間において世界最大規模の計算である。これにより、2種類のスカラー差分q(x+dx)-q(x) (case G) とθ(x+dx)-θ(x) (case R)の高次モーメントのスケーリング指数を解析した。その結果、θ(x+dx)-θ(x) (case R)の高次モーメントでは単純なべき法則が成り立たないこと、従ってスケーリング指数には普遍性がないという驚くべき事実を見出した。
速度場にスペクトル法、スカラー場には結合コンパクト差分を用いるハイブリッド法をより大きなレイノルズ数と高シュミット数のスカラー混合に応用した。その結果、乱流場の間欠性が強くなるにつれ、遠拡散領域におけるスカラー場のスペクトルの裾野が長くなることが分かった。
雲粒子成長を長時間にわたって計算できるようにクラウドマイクロ物理シミュレータを改良した。雲中を上昇気流により移動する小さな仮想の箱（パーセル）を導入し、この中における水蒸気と雲粒子の乱流による混合と凝結・蒸発による雲粒子成長の計算を行った。上昇気流、パーセルの高度、雲粒子の平均半径と半径分布などを計算し、観測で得られるものとほぼ同等の結果を得ることができた。さらに、雲粒子同士の衝突計算を改良し、100倍以上の高速化を達成した。また、雲乱流に関する国際ワークショップを開催した。
クラウドマイクロ物理シミュレータを応用して、低濃度の鎖状高分子を添加した乱流の大規模数値計算を行った。レイノルズ数が1以下でも速度場のエネルギースペクトルがべき法則となる弾性乱流のシミュレーションに成功した。この結果は実験とも一致することが分かった。
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| Research Progress Status |
26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 |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
雲乱流に関する国内外の著名研究者を招いて国際ワークショップを開催した。
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