2013 Fiscal Year Annual Research Report
大規模数値解析による乱流中の流れ構造の動力学と異方性の解明
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25247014
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
木村 芳文 名古屋大学, 多元数理科学研究科, 教授 (70169944)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 久 京都大学, 数理解析研究所, 教授 (40143359)
草野 完也 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (70183796)
辻 義之 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00252255)
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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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 乱流 / 大規模数値計算 / 渦運動 / 流体の異方性 / 流体方程式の特異性 |
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| Research Abstract |
本研究課題は乱流研究のフロンティアの開拓を目指し、一様等方性を超えた非等方性乱流中の構造の非線形動力学の解明とそれがもたらす統計理論の構築を、Navier-Stokes方程式やEuler方程式といった流体力学の基礎方程式の超大規模数値解析を行うことによって実践することを目的としている。特に流れ構造の非等方性および特異性をキーワードとし、 [a] 宇宙・地球流体乱流及びMHD乱流における非等方的な流れ構造の動力学、[b] 非等方性乱流の統計理論とその数値解析、[c] 流体方程式の流れ構造のもたらす特異性、の３つのテーマに着目して研究を行う。
本年度は初年度として研究全体の方向性を再確認することを目的として研究企画推進会議を7月19日に開催し、研究分担者、連携研究者の参加の下で国際ワークショップ (研究計画 [W1]）の具体的な実施計画を、タイトル：Fundamental Aspects of Geophysical Turbulence、日程：平成26年3月10日～12日、開催地：名古屋大学、外国人講演者：Jackson Herring, James Riley, Peter Sullivan, Harm Jonker, Geoff Spedding, Jean-Marc Chomaz と決定し、開催の準備に入った。また、このワークショップは文部科学省研究振興局基礎研究振興課の数学イノベーションユニットの後援を受け、連携研究ワークショップとしても開催された。
具体的な研究内容としては成層乱流のエネルギースペクトルについて名古屋大学情報基盤センターのスーパーコンピューターを使って数値解析を進めた。また，新たな研究として渦のリコネクションについてモデルを考案しヘリシティーが減衰する過程を考察した。
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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
本研究課題推進にあたって中核となるのは スーパーコンピューター使用による大規模数値シミュレーションの実施とそのデータ解析および国際ワークショップの開催にあると言える。このうち、国際ワークショップについては前述のように平成26年3月10日から12日に名古屋大学において「Fundamental Aspects of Geophysical Turbulence」を開催し、非常に充実した議論を行うことができた。(内容については以下のURL 参照 http://www.math.nagoya-u.ac.jp/ja/research/conference/2013/geophys-turbu.html）このワークショップではほとんどの分担研究者が最新の結果を発表し、本研究課題の進捗状況と今後の研究の方向性を示す大変良い機会になったと考える。 大規模数値解析については名古屋大学情報基盤センターのスーパーコンピューターが機種変更のため８月～１０月の使用ができなかったこと、また、新機種のためのプログラム変更に時間が取られ、実質的な計算に多少の遅れが生じたが、年度末には定常に計算ができるようになり、計算効率の改善が得られた。設備備品として購入したデータ解析用のワークステーションのテストを実施するところまではほぼ予定した研究が進められたと考えている。渦のリコネクションについての考察は新たな数値解析の題材を提供するものであり、研究の新たな進展が期待できる。以上、全体として初年度としてほぼ目的を達成することができ、計画は順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の成果を踏まえて、以下の活動をより充実させていく。（１）大規模数値解析の実施：名古屋大学情報基盤センターのスーパーコンピューターFX10を用いて回転成層乱流の数値解析を進めるとともに、その経験と知見を生かしてMHD乱流の数値解析実施の準備を始める。（２）初年度に国際アドバイザリーボードに参加して頂いているケンブリッジ大学のH.K.Moffatt教授との共同研究により、渦のリコネクションのモデルを提案し、発表した。それを磁力線のリコネクションの問題に応用し、太陽コロナの加熱問題の考察へつなげる。（３）ワークショップの開催を継続し、共同研究の広がりを計るとともに新たな研究の可能性を探る。特に平成２６年度は乱流の数値解析についてのミニワークショップと量子乱流についてのワークショップの実施を予定している。
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