2015 Fiscal Year Annual Research Report
一様な系に現れる異なる統計的性質をもつ乱流域の共存機構の解明
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25400412
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
高岡 正憲 同志社大学, 理工学部, 教授 (20236186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野 吉規 同志社大学, 理工学部, 助教 (70402542)
横山 直人 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80512730)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 平行平板間乱流 / 弾性波動乱流 / 共存機構 / エネルギー輸送 / 数値シミュレーション / 階層構造 / 冪乗則スペクトル / 非線形エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平行平板間乱流において、変動速度のスケール毎のエネルギー収支を、大規模シミュレーションから求めた。その結果、対数層におけるエネルギーの大部分を保有する中程度スケールでは、より壁に近い小さなスケールの乱れからエネルギーを受け取り、より壁から遠い大きなスケールの乱れにエネルギーを受け渡し、また非常に大きなスケールでは逆に壁に向かうという、壁に垂直な方向のエネルギー輸送の階層構造が明らかになった。他方、壁からの各高さにおけるスケール間のエネルギー輸送については、従来からの予想に反し、対数層では平均的には大から小スケールへのエネルギー輸送しか見られず、また、エネルギーの多くを保有し且つ等方的なスケールにおいてのみ、各方向成分の間のエネルギー輸送が発生するという結果となった。
平行周期流中の乱流においては、平均速度の剪断が大きい領域に流れ方向渦が現れたが、平均流速の対数速度分布は確認されず、壁のような不透過性が必要であることがわかった。
弾性波動乱流において、非線形エネルギーの１波数表現と、それから得られたエネルギー詳細釣り合いを満たす三波相互作用関数を用いて、エネルギー輸送機構を数値的に調べた。弱乱流状態にある高波数領域では、共鳴相互作用によって低波数から高波数へとカスケード的に、エネルギーが波数空間内を局所的に輸送された。一方、強乱流状態にある低波数領域では、外力によって励起される伸縮エネルギーが、波数空間内を非局所的に運動エネルギーへと輸送されることがわかった。この強乱流状態におけるエネルギー輸送は系の非線形性が大きいときに現れ、系の非線形性が弱いときとは定性的に異なる輸送形態を持っている。この差異は、強乱流状態のエネルギー輸送が、実空間で間欠的に現れる稜線のクラスタから形成される束状構造によって特徴付けられることから理解される。
これらの結果をまとめた論文を執筆中である。
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