| 研究課題/領域番号 |
20H02066
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
齋藤 泉 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70798602)
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| 研究分担者 |
渡邊 威 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30345946)
後藤 俊幸 慶應義塾大学, 自然科学研究教育センター(日吉), 訪問教授 (70162154)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 混相流 / 乱流変調 / 乱流・粒子間相互作用 / 雲乱流 / 乱流統計理論 / 大規模シミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は、火山噴火による鉱物ダストの分散や自動車エンジン内における液体燃料の燃焼など、工学や環境問題を含む様々な場面において重要な、微小な粒子群と周囲の流れ場の相互作用を解明することにある。粒子群と周囲の流れ場は、凝縮・蒸発や摩擦抵抗、熱輸送を通じて複雑に影響を及ぼしあっているが、これらの相互作用は（質量や運動量、熱などの）物理的な保存量の交換とみなすことで、確率微分方程式に基づく統一的でシンプルな理論解析を適用することができる。大規模数値シミュレーションの結果と組み合わせることで、乱流強度の変調や粒子群の輸送の特徴を解明する。
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| 研究成果の概要 |
本課題では、鉱物ダストの分散やエンジン内における液体燃料の燃焼など、工学や環境問題において重要な、乱流と微小粒子群の相互作用について研究を行った。雲乱流の研究分野で用いられてきた統計モデルや直接数値シミュレーション（DNS）を応用することで、微小粒子群による熱輸送を通じた乱流変調の様態を明らかにし、定量的な予言が可能であることを示した。また水滴の重力沈降が雲乱流中の水滴の凝縮成長に与える影響をDNSにより明らかにするとともに、多数の微小粒子をマクロな視点から連続的なスカラー場とみなすことで、分子拡散が起こりにくい（シュミット数の高い）スカラー場の乱流混合の物理を解明できることを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
乱流による微小粒子群の輸送・混合、および乱流と微小粒子群の相互作用による乱流の変調の問題は、雲内における雨粒を始めとして、工学・自然科学を含む様々な場面で重要であるにも係わらず、未解明であった。本研究により、特に熱輸送を通じた相互作用について、微小粒子群による乱流変調の定量的な予言が可能であることが示されるとともに、気象シミュレーションで用いられる統計モデル改良の可能性に道筋を付けることができた。また本研究で提案された、分子拡散の起こりにくい（シュミット数の高い）スカラー場の乱流混合のシミュレーションの新たなアプローチは、今後の高シュミット数スカラー乱流研究の土台となることが期待される。
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