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磁気流体における電流渦層の数理的解析とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K05371
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 数学基礎・応用数学
研究機関大阪公立大学 (2022)
大阪市立大学 (2017-2021)

研究代表者

松岡 千博  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (10270266)

研究分担者 西原 功修  大阪大学, レーザー科学研究所, 名誉教授 (40107131)
平出 耕一  愛媛大学, 理学部, 研究員 (50181136)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード流体力学 / プラズマ物理 / 非線形発展 / 渦層 / 数理モデル / 数値解析 / 磁気流体 / 磁場増幅 / 非線形運動 / MHD / 非線形 / 界面間相互作用 / 多層界面 / バルク渦 / 密度非一様性 / vortex sheet / bulk point vortices / interaction / Richtmyer-Meshkov / current-vortex sheet / 界面
研究成果の概要

流体界面を挟んで速度と磁場の接線成分に跳びがあると、そこには渦度とともに電流が誘導され、界面上に電流が流れているような渦層、すなわち電流渦層(current-vortex sheet)が形成される。特に、磁場を初期に界面に平行にかけると、渦層のもつ流体の運動エネルギーが磁場のエネルギーに転嫁され、界面近傍に強い磁場が誘導されるとともに、流体不安定性が抑えられることが示された。このような流体と磁場との相互作用は電流渦層という概念を用いてはじめて明らかにされたもので、本研究では、任意の境界形状をもつ界面について、境界条件だけから、領域全体の解を構成できることが理論的に示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電流渦層は、超新星爆発のような宇宙物理やレーザー核融合といった高エネルギー物理の分野において重要な役割を果たすことが知られている。これは、渦層のような大規模渦の存在が磁場増幅を引き起こすためで、電流渦層の解明は高強度磁場の生成とも密接に関係している。本研究では、この電流渦層の非線形発展を理論的に解析できるような数理モデルを構築し、高精度の数値計算を行った。これにより、レーザー核融合のみならず、いまだ不明な点が多いMHD乱流の性質を調べる上でも貢献できる。また、ここで構築したモデルを用いると、界面情報だけから全領域の物理量が復元でき、計算時間を大幅に低減することができる。

報告書

(7件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 9件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] INEI/Universidad de Castilla-La Mancha(スペイン)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Universidad de Castilla-La Mancha(スペイン)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Nonlinear evolution of two vortex sheets moving separately in uniform shear flows with opposite direction2022

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 雑誌名

      Electronic Research Archive

      巻: 30 号: 5 ページ: 1836-1863

    • DOI

      10.3934/era.2022093

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Motion of unstable two interfaces in a three-layer fluid with a non-zero uniform current2021

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 雑誌名

      Fluid Dyn. Res.

      巻: 53 号: 5 ページ: 055502

    • DOI

      10.1088/1873-7005/ac2620

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019850

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear interaction between bulk point vortices and an unstable interface with nonuniform velocity shear such as Richtmyer-Meshkov instability2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuoka Chihiro、Nishihara Katsunobu
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 27 号: 5 ページ: 052305

    • DOI

      10.1063/1.5131701

    • NAID

      120007098195

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2020428

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear interaction between bulk vortices and the interface in the incompressible Richtmyer-Meshkov instability2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuoka Chihiro
    • 雑誌名

      High Energy Density Physics

      巻: 36 ページ: 100834

    • DOI

      10.1016/j.hedp.2020.100834

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019885

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear dynamics of double-layer unstable interfaces with non-uniform velocity shear2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuoka Chihiro
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 32 号: 10 ページ: 102109

    • DOI

      10.1063/5.0023558

    • NAID

      120007168145

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2020426

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Linear and nonlinear interactions between an interface and bulk vortices in Richtmyer-Meshkov instability2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuoka Chihiro、Nishihara Katsunobu、Cobos-Campos Francisco
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 27 号: 11 ページ: 112301

    • DOI

      10.1063/5.0016553

    • NAID

      120007175095

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2020429

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonlinear interaction between bulk point vortices and an unstable interface with non-uniform velocity shear such as Richtmyer-Meshkov instability2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuoka Chihiro, Nishihara Katsunobu
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 27

    • NAID

      120007098195

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonlinear interfacial motion in magnetohydrodynamic flows2019

    • 著者名/発表者名
      Matsuoka Chihiro, Nishihara Katsunobu, Sano Takayoshi
    • 雑誌名

      High Energy Density Physics

      巻: 31 ページ: 19-23

    • NAID

      120007032570

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonlinear Dynamics of Non-uniform Current-Vortex Sheets in Magnetohydrodynamic Flows2017

    • 著者名/発表者名
      C. Matsuoka, K. Nishihara and T. Sano
    • 雑誌名

      J. Nonlinear Sci.

      巻: 27 号: 2 ページ: 531-572

    • DOI

      10.1007/s00332-016-9343-4

    • NAID

      120006487329

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2020009

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 不安定多層界面の非線形発展-渦層モデルを用いて-2023

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      土木学会海岸工学委員会波動モデル研究会「海洋・海岸等における波動のための様々なモデル」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Nonlinear interaction in multi-layer fluid interfaces with density stratification2022

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 学会等名
      光・量子ビーム科学合同シンポジウム2022 (OPTO 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Henon写像に付随する非線形差分方程式の厳密解に対する急収束級数展開2022

    • 著者名/発表者名
      松岡千博、平出耕一
    • 学会等名
      2021年度冬の力学系研究集会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 非一様初期渦度をもった多層界面相互作用による非線形渦度増幅2022

    • 著者名/発表者名
      松岡千博、西原功修
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Nonlinear interaction between an interface and bulk point vortices in Rightmyer-Meshkov instability2021

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 学会等名
      光・量子ビーム科学合同シンポジウム2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Nonlinear interaction of two interfaces in the multi-component Richtmyer-Meshkov instability2021

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 学会等名
      5th Asia Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exact solutions in non-integrable systems2021

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka and Koichi Hiraide
    • 学会等名
      OCAMI Joint Usage/Research, Helicity and space-time symmetry ― a new perspective of classical and quantum systems
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] リヒトマイヤー・メシュコフ不安定性における界面とバルク渦の非線形相互作用に関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      光・量子ビーム科学合同シンポジウム2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Nonlinear motion of current-vortex sheets in magnetohydrodynamic flows2020

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 学会等名
      NITEP one year anniversary conference“Turbulence of all kinds”
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 不変複素曲線のLaplace積分による漸近展開表現と古典的整関数表現の関係2020

    • 著者名/発表者名
      松岡千博、平出耕一
    • 学会等名
      2019年度冬の力学系研究集会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 多層界面の非線形運動2020

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Vortex sheet dynamics in magnetohydrodynamic turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 学会等名
      NITEP Workshop “Turbulence of all kinds"
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 磁場による流体不安定性の抑制に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      光・量子ビーム科学合同シンポジウム2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 2つの渦層とバルク渦との相互作用2019

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会〈物性〉
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 渦層界面とバルク点渦との相互作用2019

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Nonlinear interaction between bulk vortices and the interface in the incompressible Richtmyer-Meshkov instability2019

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 学会等名
      Eleventh International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] カオスの決定論的記述と未来予測2019

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第20回秋季交流フォーラム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Vortex sheet dynamics with bulk point vortices in Richtmyer-Meshkov instability2019

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 学会等名
      61st Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Deterministic representation of chaotic attractors and capture of all homoclinic points in Henon map2019

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 学会等名
      3rd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 渦層モデルによる多層界面の非線形解析2019

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      九州大学応用力学研究所研究集会「 海洋・海岸等における波動の解析モデルの発展」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Borel-Laplace変換による漸近展開表現の収束性2019

    • 著者名/発表者名
      松岡千博、平出耕一
    • 学会等名
      2018年度冬の力学系研究集会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 2次元力学系の不変曲線に対するBorel-Laplace変換による漸近展開表現とカオス的集合II2019

    • 著者名/発表者名
      松岡千博、平出耕一
    • 学会等名
      日本数学会2019年度年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Nonlinear interfacial motion in magnetohydrodynamic flows2018

    • 著者名/発表者名
      C. Matsuoka
    • 学会等名
      2th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 力学系の線形化写像とラプラス変換不可能性2018

    • 著者名/発表者名
      松岡 千博
    • 学会等名
      「RIMS研究集会:力学系-理論と応用の連携探索」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 渦層モデルを用いた自由境界流れの解析2018

    • 著者名/発表者名
      松岡 千博
    • 学会等名
      研究集会「海洋・海岸における波動モデルの比較」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Homoclinic angles and non-hyperbolicity of the Henom map2018

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka and Koichi Hiraide
    • 学会等名
      2017年度冬の力学系研究集会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] エノン写像のリアプノフ数, 位相的エントロピー, ハウスドルフ次元2018

    • 著者名/発表者名
      松岡千博, 平出耕一
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 磁場による流体不安定性の抑制に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      光・量子ビーム科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 力学系の線形化写像とラプラス変換不可能性2017

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      RIMS研究集会:力学系-理論と応用の連携探索
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Current-vortex sheet dynamics in magnetohydrodynamic flows2017

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Matsuoka
    • 学会等名
      Turbulent Mixing and Beyond ‘Sixth International Conference Tenth Anniversary Program Non-Equilibrium Transport Across the Scales’
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 非線形散逸系における最大エントロピーとリアプノフ指数の関係2017

    • 著者名/発表者名
      松岡千博, 平出耕一
    • 学会等名
      日本物理学会2017秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ストレンジアトラクターの解析的表現―カオスの決定論的描像―2017

    • 著者名/発表者名
      松岡千博
    • 学会等名
      研究集会「海洋・海岸における波動の解析モデルの応用」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2024-01-30  

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