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流体線と面の伸張統計と乱流混合

研究課題

研究課題/領域番号 14540385
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物理学一般
研究機関京都大学 (2003-2004)
核融合科学研究所 (2002)

研究代表者

木田 重雄  京都大学, 工学研究科, 教授 (70093234)

研究分担者 後藤 晋  京都大学, 工学研究科, 助手 (40321616)
河原 源太  京都大学, 工学研究科, 助教授 (50214672)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
4,100千円 (直接経費: 4,100千円)
2004年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2003年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2002年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
キーワード乱流混合 / 流体線 / 流体面 / 伸長率 / 管状渦 / 反平行渦 / 流対面 / 伸張率
研究概要

本研究の主たる目的は,乱流における混合のダイナミックスの理解とその統計的性質の定量的な記述である。流れの中でパッシブに流される物体の挙動を理解するために,もっとも基本的な幾何形状をもつ流体線と流体面を取り上げた。まず,一様定常乱流中で,これらがどのように変形されどのような割合で伸びていくかを直接数値シミュレーション可視解析によって調べた。その結果,乱流中の流体線の長さと流体面の面積は時間の指数関数で増加すること,そしてその伸長率の正確な値は,従来から伝統的に用いられてきた線要素や面要素によってではなく,流体線や流体面の運動を正直に解いてはじめて得られるものであることを理論的に示した。つぎに,流体線の強い伸長が乱流のどのような運動形態によってもたらされるかを流体線と流れ場の同時可視解析により明らかにした。すなわち,乱流中には細長い管状の領域に渦度が集中したいわゆる渦管が散在しているが,それらはしばしば渦度が互いに逆向きになるように接近する傾向があること,そして流体線は反平行渦対の進行方向の前後に生起される双曲的よどみ点で強く伸長されることを見出した。さらに,流体線の伸長率のレイノルズ数依存性を調べると,伸張率は従来から考えられていたのとは異なり,コルモゴロフの相似則に従わず,レイノルズ数により強く依存してレイノルズ数とともに大きくなることを発見した。これは,伸長過程のマルコフ積的特性によるもので,引き伸ばされた流体線の空間分布,特に流体線の折りたたみの度合い,の非一様性がレイノルズ数とともに増大することによるものである。乱流中のパッシブ物体の指数関数的伸長率の正確な値ならびにそのレイノルズ数依存性は,乱流自体の力学的特性の理解に重要であるとともに乱流モデルのモデル定数の決定などにも有用である。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2005 2004 2003 2002 その他

すべて 雑誌論文 (23件) 図書 (3件) 文献書誌 (13件)

  • [雑誌論文] Stretching rate of passive lines in turbulence2005

    • 著者名/発表者名
      S.Kida
    • 雑誌名

      Proc.iTi Conference, Bad Zwischenahn

      ページ: 185-190

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Excitation of polar thermal convection in a rotating spherical shell2005

    • 著者名/発表者名
      N.Ishihara, S.Kida
    • 雑誌名

      Fluid Dynamics Research (in print)

    • NAID

      10016460348

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Unstable periodic motion in plane Couette system : The skeleton of turbulence2005

    • 著者名/発表者名
      G.Kawahara, S.Kida, M.Nagata
    • 雑誌名

      Proc.IUTAM Symp.100 Years Boundary Layer Research (in print)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Mixing transition in statistics of material object stretching in stationary homogeneous turbulence2004

    • 著者名/発表者名
      S.Kida, S.Goto
    • 雑誌名

      Proc.10th.Euro.Turb.Conf.

      ページ: 275-278

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 不安定周期運動による乱流解析2004

    • 著者名/発表者名
      木田重雄
    • 雑誌名

      ながれ 23

      ページ: 319-327

    • NAID

      110003969405

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Generation and sustenance mechanisms of coherent vertical structures in rotating shear turbulence of zero-mean-abosolute vorticity2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Yanase, M.Tanaka, S.Kida, G.Kawahara
    • 雑誌名

      Fluid Dynamics Research 35

      ページ: 237-254

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Mixing transition in statistics of material object stretching in stationary homogeneous turbulence2004

    • 著者名/発表者名
      S.Kida, S.Goto
    • 雑誌名

      Proc.10^<th> Euro.Turb.Conf.

      ページ: 275-278

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Bifurcation analysis of the transition to turbulence in high symmetric flow2004

    • 著者名/発表者名
      L.van Veen, S.Kida
    • 雑誌名

      Proc.10^<th> Euro.Turb.Conf.

      ページ: 814-814

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 平面クエット流の不安定周期解2003

    • 著者名/発表者名
      河原源太, 木田重雄
    • 雑誌名

      京都大学数理解析研究所講究録 1339

      ページ: 35-43

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 反平行渦対による流体線の伸長促進2003

    • 著者名/発表者名
      後藤晋, 木田重雄
    • 雑誌名

      京都大学数理解析研究所講究録 1339

      ページ: 172-184

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 乱流要素渦---その構造と働き2003

    • 著者名/発表者名
      木田重雄, 後藤 晋, 槙原孝文
    • 雑誌名

      ながれ 21

      ページ: 488-494

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Enhanced stretching of material lines by antiparallel vortex pairs in turbulence2003

    • 著者名/発表者名
      S.Goto, S.Kida
    • 雑誌名

      Fluid Dynamics Research 33

      ページ: 403-431

    • NAID

      10011892518

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Stretching rate of material surfaces in isotropic turbulence2002

    • 著者名/発表者名
      S.Goto, S.Kida
    • 雑誌名

      Proc.9th.Euro.Turb.Conf.

      ページ: 125-128

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 等方乱流中の低圧力渦の構造2002

    • 著者名/発表者名
      槙原孝文, 木田重雄
    • 雑誌名

      京都大学数理解析研究所講究録 1285

      ページ: 30-36

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 流体面の伸張率に対するBatchelor仮説の破綻2002

    • 著者名/発表者名
      後藤晋, 木田重雄
    • 雑誌名

      京都大学数理解析研究所講究録 1285

      ページ: 193-200

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Mixing enhancement by anti-parallel pairs of elementary vortices2002

    • 著者名/発表者名
      S.Goto, S.Kida
    • 雑誌名

      Proc.Int.Symp.‘Dynamics and statistics of coherent structures in turbulence : Roles of elementary vortices '

      ページ: 103-114

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Time-periodic solutions for Plane Couette flow2002

    • 著者名/発表者名
      G.Kawahara, S.Kida
    • 雑誌名

      Proc.Int.Symp.‘Dynamics and statistics of coherent structures in turbulence : Roles of elementary vortices'

      ページ: 129-140

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Reynolds-number dependence of low-pressure vortex in turbulence2002

    • 著者名/発表者名
      S.Kida, T.Makihara
    • 雑誌名

      Proc.Int.Symp.‘Dynamics and statistics of coherent structures in turbulence : Roles of elementary vortices'

      ページ: 229-238

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Characterization of near-wall turbulence in terms of equilibrium and periodic solutions2002

    • 著者名/発表者名
      G.Kawahara, J.Jimenez, M.Shiba, M.Siemens
    • 雑誌名

      CTR Proc.of the Summer Program 2002

      ページ: 179-190

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Stretching rate of material surfaces in isotropic turbulence2002

    • 著者名/発表者名
      S.Goto, S.Kida
    • 雑誌名

      Proc.9th.Euro.Turb.Couf.

      ページ: 125-128

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Mixing enhancement by anti-parallel pairs of elementary Vortices2002

    • 著者名/発表者名
      S.Goto, S.Kida
    • 雑誌名

      Proc.Int.Symp.Dynamics and statistics of coherent structures in turbulence : Roles of elementary vortices

      ページ: 103-114

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Time-periodic solutions for plane Couette flow2002

    • 著者名/発表者名
      G.Kawahara, S.Kida
    • 雑誌名

      Proc.Int.Symp.Dynamics and statistics of coherent structures in turbulence : Roles of elementary vortices

      ページ: 129-140

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Reynolds-number dependence of low-pressure vortex in turbulence2002

    • 著者名/発表者名
      S.Kida, T.Makihara
    • 雑誌名

      Proc.Int.Symp.Dynamics and statistics of coherent structures in turbulence : Roles of elementary vortices

      ページ: 229-238

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] 数理物理への誘い5(河東康之編)2005

    • 著者名/発表者名
      木田重雄
    • 出版者
      遊星社
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] 不安定周期運動で乱流を観る2004

    • 著者名/発表者名
      木田重雄
    • 総ページ数
      2
    • 出版者
      丸善
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] 乱流要素渦--低圧力渦を通して見えてきたもの2003

    • 著者名/発表者名
      木田重雄
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      丸善
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Goto, S.Kida: "Enhanced stretching of material lines by antiparallel vortex pairs in turbulence"Fluid Dynamics Research. 133・5-6. 403-431 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 後藤晋, 木田重雄: "反平行渦対による流体線の伸張促進"京都大学数理解析研究所講究録. 1339. 172-184 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 河原源太, 木田重雄: "平面クエット流の不安定周期解"京都大学数理解析研究所講究録. 1339. 35-43 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 木田重雄: "乱流要素渦---低圧力渦を通して見えてきたもの"パリティ. 18. 13-19 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 木田重雄: "乱流要素渦-低圧力渦を通して見えてきたもの"パリティ. 18. 13-19 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 木田重雄: "乱流要素渦-その構造とはたらき"ながれ. 21. 488-494 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Goto: "A multiplicative process of material line stretching by turbulence"J.Turbulence. 3. 17 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kida: "Low-pressure vortex analysis in turbulence : Life, structure and dynamical role of vortices"Proc.IUTAM symposium 'Tubes, Sheets and Singularities in Fluid Dynamics'. (In print). (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Goto: "Stretching of materical surfaces in isotropic turbulence"Proc.9th.Euro Turb.Conf.. 125-128 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 後藤晋: "流体面の伸張率に対するBatchelor仮説の破綻"京都大学数理解析研究所講究録. 1285. 193-200 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] G.Kawahara: "Time-periodic solutions for plane Couette flow"Proc.Int.Symp.on Dynamics and Statistics of Coherent. 129-140 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] G.Kawahara: "Characterization of near-wall turbulence in terms of equilibrium and periodic solutions"CTR Proc.of the Summer Program 2002. 179-190 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] G.Kawahara: "Linear instability of a corrugated vortex sheet-a model for streak instability"J.Fluid Mech. (In print).

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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