2016 Fiscal Year Annual Research Report
Large-scale DNS study on laminar-turbulent patterning in subcritical wall turbulence
Publicly Offered Research
| Project Area | Synergy of Fluctuation and Structure:Foundation of Universal Laws in Nonequilibrium Systems |
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| Project/Area Number |
16H00813
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
塚原 隆裕 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 講師 (60516186)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 亜臨界遷移 / 壁乱流 / DNS / DP転移 / 非平衡臨界現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
層流一乱流間亜臨界遷移に見る非平衡臨界現象を対象として，乱流遷移過程の解明とDP（Directed Percolation）普遍クラスとしての特徴付けを目指し，本研究研究では，主に2方向に空間的自由度を持つチャネル（平行平板間）内流れを対象として，局在乱流構造「乱流縞」を再調査し，DP普遍クラスとしての特徴評価およびマクロパターン形成のメカニズムを探る．乱流縞は，特に下臨界レイノルズ数付近で空間スケールが膨大で，世界最大級DNSの実現を要する．
本年度は，チャネル内遷移流を対象として，大型並列計算機を用いた直接数値計算（DNS）を実施し，亜臨界乱流遷移に見る局在乱流の大規模パターンに関する臨界現象を調査した．大規模な計算領域として200h x h x 100h規模のものを用いた．下臨界付近の遷移レイノルズ数域（摩擦レイノルズ数でおよそ40～80）を詳細に調べるため，比較的に細かな刻み幅でレイノルズ数を段階的に変化させ，パターンの変化を追跡した．また，局所的な外乱から乱流斑点を発生させ，それの乱流縞または乱流帯への成長過程を追跡することで，パターン形成のメカニズムや臨界条件を調査した．その結果，およそレイノルズ数（チャネル中心速度に基づく）が780付近で，乱流帯の空間成長率に有意な変化が現れることを見出し，下臨界値の検討に進展があった．本研究で得た解析結果については，当該領域研究者で共有することに加えて，フランス研究者(Y.Duguet博士とO.Dauchot博士)および東京理科大院の修士数名を研究協力者として，連携して本研究課題に取り組む．
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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
局在乱流パターンの時系列変化や成長過程について，DNS解析がおおむね順調に進んでいる．しかしながら，DP普遍クラスとしての特徴評価には更なる大規模な計算領域が必要であることが判明し，MPI並列による大規模高効率計算の実施が課題となっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
国立大学の大型並列計算機および共同研究サービス（計算コードの高度化）を活用し，MPI並列計算の実施を目指す．
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