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回転成層乱流中の渦動力学と輸送・混合現象の解明-乱流渦-波動モデルの開発-

研究課題

研究課題/領域番号 15540365
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 数理物理・物性基礎
研究機関電気通信大学

研究代表者

宮嵜 武  電気通信大学, 大学院・電気通信学研究科, 教授 (50142097)

研究分担者 花崎 秀史  京都大学, 光学系研究科, 助教授 (60189579)
高橋 直也  電気通信大学, 大学院・電気通信学研究科, 助手 (40313423)
研究期間 (年度) 2003 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2004年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2003年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
キーワード回転成層乱流 / 秩序渦構造 / 楕円体渦モデル / 波動運動 / エネルギー交換 / 物質輸送 / ラグランジカオス / 準正準形式 / 回転成層流体 / 乱流 / 渦運動 / 地衡風近似 / 楕円体渦 / 合体現象 / 準数値計算(CASL)
研究概要

1.CASL法に基づく直接数値計算によって構築された楕円体渦間の相互作用データベースから、準地衡風楕円体モーメント近似モデルが太い渦の挙動を精度よく捉らえることを確認した。また、同じデータベースから渦構造の不安定化や合体現象などの後に新たに出現する渦構造の特徴を規定するリセット法則を抽出した。
2.準地衡風楕円体モーメント近似モデルには、細長い異符合渦間(渦対)の相互作用を計算する場合に偽の特異性を示す欠陥があった。その原因は近接する渦間の相互作用エネルギーを計算する積分を近似的に評価する際に、2次モーメントまでの近似では精度が著しく悪化することにあるが判明した。それを改良するために、相互作用エネルギー積分を離散点近似(ガウス積分)で評価する改良モデルを開発した。その際、余分なカシミール変数を排除して、幾何学的な意味の明確な変数のみを用いる準正準形式を提案した。前述のデータベースとの比較で、改良された楕円体渦モデルが細長い渦間の相互作用をも精度高く捉えることが検証された。
3.改良楕円体渦モデルに不安定化や合体などの散逸現象モデルを加味して、擬似乱流計算を実行することが可能となった。
4.回転成層乱流の直接数値計算結果と線形RDT理論を比較し、線形近似で渦運動と波動運動を分離して、それぞれの特徴を解明した。
5.秩序渦構造近傍におけるスカラー輸送現象をメルニコフの方法を用いて理論的に調べ、ラグランジカオスの存在を示した。弱い水平ストレインや鉛直シアー場でもスカラー量の輸送・混合が起こる可能性を示した。

報告書

(3件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (17件) 図書 (2件) 文献書誌 (4件)

  • [雑誌論文] Refinements on the Quasi-geostrohpic Wire-vortex model2005

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, H.Taira, T.Niwa, N.Takahashi
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc. Japan 74

      ページ: 359-367

    • 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] The influence of turbulence on a columnar vortex2005

    • 著者名/発表者名
      N.Takahashi, H.Ishii, T.Miyazaki
    • 雑誌名

      Phys.Fluids 17

    • 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] Refinements on the Quasi-geostrophic Wire-vortex model2005

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, H.Taira, T.Niwa, N.Takahashi
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Japan 74(1)

      ページ: 359-367

    • NAID

      110001979378

    • 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] The influence of turbulence on a columnar vortex2005

    • 著者名/発表者名
      N.Takahashi, H.Ishii, T.Miyazaki
    • 雑誌名

      Phys.Fluids 17(3)

    • 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] Refinements on the Quasi-geostrophic Wire-Vortex Model2005

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, H.Taira, T.Niwa, N.Takahashi
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Japan 74・1

      ページ: 359-367

    • NAID

      110001979378

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] The influence of turbulence on a columnar vortex2005

    • 著者名/発表者名
      N.Takahashi, H.Ishii, T.Miyazaki
    • 雑誌名

      Phys.Fluids 17・3(in press)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Quasi-geostrophic Confocal Spheroidal Vortices : Part II Oblate Spheroids2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, T.Fujiwara, S.Sato, N.Takahashi
    • 雑誌名

      Computational Fluid Dynamics Journal 13

      ページ: 496-514

    • 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] Structure of unsteady stably stratified turbulence with mean flow2004

    • 著者名/発表者名
      H.Hanazaki, J.C.R.Hunt
    • 雑誌名

      J. Fluid Mech. 507

      ページ: 1-42

    • 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] Quasigeostrophic Confocal Spheroidal Vortices : Part II Oblate Spheroids2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, T.Fujiwara, S.Sato, N.Takahashi
    • 雑誌名

      Computational Fluid Dynamics Journal 13(3)

      ページ: 496-514

    • 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] Structure of unsteady stably stratified turbulence with mean flow2004

    • 著者名/発表者名
      H.Hanazaki, J.C.R.Hunt
    • 雑誌名

      J.Fluid Mech. 507

      ページ: 1-42

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」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] QUASI-GEOSTROPHIC CONFOCAL SPHEROIDAL VORTICES : PART II OBLATE SPHEROIDS2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, T.Fujiwara, S.Satoh, N.Takahashi
    • 雑誌名

      Computational Fluid Dynamics JOURNAL 13・3

      ページ: 496-514

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Counter-rotating Quasigeostrophic Ellipsoidal Vortex Pair2003

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, M.Yamamoto, S.Fujishima
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc. Japan 72

      ページ: 1948-1962

    • NAID

      110001954648

    • 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] Quasigeostrophic Confocal Spheroidal Vortices2003

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, T.Fujiwara, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc. Japan 72

      ページ: 2786-2803

    • NAID

      110001954304

    • 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] Effects of initial conditions on the passive and active scalar fluxes in unsteady stratified turbulence2003

    • 著者名/発表者名
      H.Hanazaki
    • 雑誌名

      Phys. Fluids 15

      ページ: 841-848

    • 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] Counter-rotating Quasigeostrophic Ellipsoidal Vortex Pair2003

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, M.Yamamoto, S.Fujishima
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Japan 72(8)

      ページ: 1948-1962

    • NAID

      110001954648

    • 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] Quasigeostrophic Confocal Spheroidal Vortices2003

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, T.Fujiwara, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Japan 72(11)

      ページ: 2786-2803

    • NAID

      110001954304

    • 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] Effects of initial conditions on the passive and active scalar fluxes in unsteady stratified turbulence2003

    • 著者名/発表者名
      H.Hanazaki
    • 雑誌名

      Phys.Fluids 15

      ページ: 841-848

    • 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] Vortices, Waves and Turbulence in a Rotating Stratified Fluid2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, S.Fujishima, M.Yamamoto, Q.Wei, H.Hanazaki
    • 総ページ数
      93
    • 出版者
      Center for Global Environmental Research, NIES, JAPAN
    • 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] Vortices, Waves and Turbulence in a Rotating Stratified Fluid2004

    • 著者名/発表者名
      T.Miyazaki, S.Fujishima, M.Yamamoto, Q.Wei, H.Hanazazki
    • 総ページ数
      93
    • 出版者
      Center for Global Environmental Research, NIES, JAPAN
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] T.Miyazaki, M.Yamamoto, S.Fujishima: "Counter-Rotating Quasigeostrophic Ellipsoidal Vortex Pair"J.Phys.Soc.Japan. 72・8. 1948-1962 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Miyazaki, T.Fujiwara, M.Yamamoto: "Quasigeastrophic Confocal Spheroidal Vortices"J.Phys.Soc.Japan. 72・11. 2786-2803 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Hanazaki: "Effects of initial conditions on the passive and active scalar fluxes in unsteady stably stratified turbulence"Phys.Fluids. 15・4. 841-848 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 花崎秀史: "成層乱流中の波動モードと渦モードの振舞いについて"日本機械学会論文集B編. 69. 1349-1355 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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