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壁面流における乱流発生から発達乱流に至る不変集合の分岐構造と境界クライシス

研究課題

研究課題/領域番号 26820046
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 流体工学
研究機関大阪大学

研究代表者

清水 雅樹  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (20550304)

研究協力者 河原 源太  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授
Manneville Paul  Ecole Polytechnique
Duguet Yohann  CNRS
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2014年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード乱流 / 乱流遷移 / 力学系 / 機械学習 / 解の分岐 / 壁乱流 / 乱流モデル / 非圧縮流体 / スペクトル法 / 境界値問題
研究成果の概要

平面クエット流において,レイノルズ数と初期条件が異なる10万例以上の数値計算を行い,カオス発生の初期段階を詳細に捉えた.層流解以外のアトラクタが同時に2つ存在することで,フラクタル吸引領域境界の形成やその崩壊過程を複数の大域分岐と関連して見つけた.求めたリアプノフ次元は2を少し上回る大きさであり,カオスアトラクタは1次元写像と同相であると考えられる.このため,原理的には数次元の力学系を構築できることが分かった.永田の定常解からのカオスの発生においては,機械学習を用いてこの低次元化系を構築し,少なくとも5変数を用いることで,ナビエ・ストークス方程式を再現する高精度な系が構築できることが分かった.

報告書

(4件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実施状況報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うちオープンアクセス 3件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (41件) (うち国際学会 16件)

  • [国際共同研究] CNRS(フランス)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] CNRS/LIMSI(フランス)

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 水平平板間ポアズイユ乱流における熱対流の発生2017

    • 著者名/発表者名
      渡邊 大記,河原 源太,清水 雅樹
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 36

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 熱対流におけるカオス的反転の発生条件2015

    • 著者名/発表者名
      長賢太朗,清水雅樹,河原源太
    • 雑誌名

      ながれ,日本流体力学会

      巻: 34 ページ: 409-411

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Turbulent mixing in a precessing sphere2015

    • 著者名/発表者名
      Susumu Goto, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 26 号: 11 ページ: 115106-115106

    • DOI

      10.1063/1.4901449

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Splitting of a turbulent puff in pipe flow2014

    • 著者名/発表者名
      Masaki Shimizu, Paul Manneville, Yohann Duguet, Genta Kawahara
    • 雑誌名

      Fluid Dynamics Research

      巻: 46 号: 6 ページ: 061403-061403

    • DOI

      10.1088/0169-5983/46/6/061403

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] チャネル流における局在斜め乱構造の維持機構2016

    • 著者名/発表者名
      金澤昂弘, 清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会第94期流体工学部門講演会
    • 発表場所
      山口大学(山口県・宇部市)
    • 年月日
      2016-11-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 機械学習を用いた平面クエット乱流における低次元力学系の構築2016

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会第94期流体工学部門講演会
    • 発表場所
      山口大学(山口県・宇部市)
    • 年月日
      2016-11-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 高レイノルズ数乱流における正方形ダクト二次流れ2016

    • 著者名/発表者名
      森下誠,清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会第94期流体工学部門講演会
    • 発表場所
      山口大学(山口県・宇部市)
    • 年月日
      2016-11-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] チャネル流における局在乱れの平衡状態2016

    • 著者名/発表者名
      金澤昂弘, 清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2016
    • 発表場所
      名古屋工業大学(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2016-09-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 円管流における過渡的乱流パフの発生過程2016

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] チャネル流における局在斜め乱流構造2016

    • 著者名/発表者名
      金澤昂弘, 清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Optimization of forced convection heat transfer by using a variational method2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      11th European Fluid Mechanics Conference
    • 発表場所
      セビリア(スペイン
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] レイリー・ベナール・ポアズイユ乱流における熱・運動量輸送2016

    • 著者名/発表者名
      渡邊大記,河原源太,清水雅樹
    • 学会等名
      日本機械学会2016年度年次大会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 変分原理を用いた強制対流熱伝達の最適化2016

    • 著者名/発表者名
      本木慎吾,河原源太,清水雅樹
    • 学会等名
      日本機械学会2016年度年次大会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Bifurcation to a transient turbulent puff in pipe flow2016

    • 著者名/発表者名
      Masaki Shimizu, Genta Kawahara and Naoto Onishi
    • 学会等名
      RIMS Camp-Style Seminar: Dynamics of wall-bounded shear flows
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-08-31
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Domain size dependence of the lifetime and the transition in plane channel flow2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kanazawa, Masaki Shimizu and Genta Kawahara
    • 学会等名
      RIMS Camp-Style Seminar: Dynamics of wall-bounded shear flows
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-08-31
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of heat transfer enhancement in wall-bounded shear flow2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Genta Kawahara and Masaki Shimizu
    • 学会等名
      RIMS Camp-Style Seminar: Dynamics of wall-bounded shear flows
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-08-31
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exponential increase of the lifetime with the number of coherent structures2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kanazawa, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      24th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics
    • 発表場所
      モントリオール(カナダ)
    • 年月日
      2016-08-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of heat transfer in plane Couette flow2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      5th International Conference of Continuous Optimization
    • 発表場所
      政策研究大学院大学(東京都・港区)
    • 年月日
      2016-08-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dimension reduction method by machine learning for turbulent plane Couette flow2016

    • 著者名/発表者名
      Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      International Workshop on Theoretical Aspects of Near-Wall Turbulence Studies
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimal heat transfer enhancement in wall-bounded shear flow2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Genta Kawahara, Masaki Shimizu
    • 学会等名
      International Workshop on Theoretical Aspects of Near-Wall Turbulence Studies
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Onset of chaotic reversals in thermal convection2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Cho, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      International Symposium on Near-Wall Flows: Transition and Turbulence
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Strong dependence of the lifetime with the domain size in plane channel flow2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kanazawa, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      International Symposium on Near-Wall Flows: Transition and Turbulence
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Upper bound for heat transfer in plane Couette flow International Symposium on Near-Wall Flows: Transition and Turbulence2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Genta Kawahara, Masaki Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium on Near-Wall Flows: Transition and Turbulence
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An unprecedented turbulent state in plane Couette flow2016

    • 著者名/発表者名
      Daiki Watanabe, Genta Kawahara, Masaki Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium on Near-Wall Flows: Transition and Turbulence
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 平行平板間クエット流れにおける最適熱輸送2016

    • 著者名/発表者名
      本木慎吾,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      グランキューブ大阪(大阪府・大阪市)
    • 年月日
      2016-05-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 機械学習を用いた乱流計算の低次元化方法2016

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      宮城
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 乱流における低次元力学系の構築2015

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      第29回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 正方形ダクト流れの数値計算法と乱流二次流れ2015

    • 著者名/発表者名
      森下 誠,河原源太,清水 雅樹
    • 学会等名
      第29回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] チャネル流における局在乱れの寿命の構造依存性2015

    • 著者名/発表者名
      金澤昂弘,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-11-07
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱対流におけるカオス的反転の発生条件2015

    • 著者名/発表者名
      長賢太郎,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      日本流体力学会年会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-09-26
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 平面クエット流における双安定乱流状態2015

    • 著者名/発表者名
      渡邊大記,河原源太,清水雅樹
    • 学会等名
      日本流体力学会年会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-09-26
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱対流におけるカオス的反転運動の発生2015

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹, 長賢太郎, 河原源太
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Optimal heat transfer in plane Couette flow2015

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Masaki Shimizu and Genta Kawahara
    • 学会等名
      Turbulence, Heat and Mass Transfer 8
    • 発表場所
      ボスニア
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 熱対流におけるカオス的反転の開始2015

    • 著者名/発表者名
      長賢太郎,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
    • 発表場所
      北海道
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 壁面剪断乱流における熱対流の発生2015

    • 著者名/発表者名
      渡邊大記,河原源太,清水雅樹
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
    • 発表場所
      北海道
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Onset of reversal and chaos in thermally driven cavity flow2015

    • 著者名/発表者名
      Masaki Shimizu, Kentaro Cho and Genta Kawahara
    • 学会等名
      15th European Turbulence Conference
    • 発表場所
      オランダ
    • 年月日
      2015-08-25
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure of invariant set in Couette flow at low Reynolds number2015

    • 著者名/発表者名
      Masaki Shimizu, Genta Kawahara, Julius Rhoan Lustro and Lennaert van Veen
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference
    • 発表場所
      韓国
    • 年月日
      2015-07-26
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Subcritical transition to turbulence in plane channel flow2015

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kanazawa, Masaki Shimizu and Genta Kawahara
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference
    • 発表場所
      韓国
    • 年月日
      2015-07-26
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 平面クエット流における熱輸送最適状態2015

    • 著者名/発表者名
      本木慎吾,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      RIMS研究集会「乱流を介在した流体現象の数理」
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2015-07-22
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] チャネル流における乱流遷移過程2014

    • 著者名/発表者名
      金澤昂弘,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会流体工学部門
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2014-10-25 – 2014-10-26
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 平面クエット流の局在乱れの発生2014

    • 著者名/発表者名
      佐々木英一,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会流体工学部門
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2014-10-25 – 2014-10-26
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] ミニマム平面クエット流における乱流発生過程2014

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2014-09-15 – 2014-09-17
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 運動量と熱輸送の非相似性の最大化2014

    • 著者名/発表者名
      本木慎吾,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
    • 発表場所
      東京電気大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] ROUTE TO CHAOS IN MINIMAL PLANE COUETTE FLOW2014

    • 著者名/発表者名
      M. Shimizu, G. Kawahara, J. R. Lustro and L. van Veen
    • 学会等名
      6th European Conference on Computational Fluid Dynamics
    • 発表場所
      スペイン
    • 年月日
      2014-07-20 – 2014-07-25
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Route to chaos in minimal plane Couette flow2014

    • 著者名/発表者名
      Masaki Shimizu and Genta kawahara
    • 学会等名
      Euromech Colloquium EC565 on SUBCRITICAL TRANSITION TO TURBULENCE
    • 発表場所
      フランス
    • 年月日
      2014-05-06 – 2014-05-09
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-22  

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