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熱水プルームの流体数値シミュレーションによる拡散過程の解析

公募研究

研究領域海底下の大河:地球規模の海洋地殻中の移流と生物地球化学作用
研究課題/領域番号 21109501
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東北大学

研究代表者

茂田 正哉  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (30431521)

研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2010年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2009年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード流体 / 数値シミュレーション / 熱対流 / 熱水活動
研究概要

本年度は前年度に構築した有限差分法による数値計算モデルを現実の問題に適用し,熱水噴出に伴う流れの3次元数値解析を行った.具体的には,熱水活動の確認されている現実の深海カルデラ内の流れについて数値計算を行い,流れの構造を調べた.既に得られている観測データから,一般にカルデラより上部では温度や塩分濃度が成層状態であるのに対して,熱水活動の見られるカルデラ内では温度や塩分濃度が水深によらず一定であることが分かっている.しかし,温度および塩分濃度が均一化するメカニズムについては,これまで解明されていなかった.本研究では,実際の複雑なカルデラ形状も考慮しながら,粒子法および有限差分法による詳細かつ大規模な3次元数値シミュレーションを試みた.その結果,カルデラ内の温度や塩分濃度の均一化は,熱水プルームを駆動力とした対流による混合作用により促進されることを明示した.カルデラ内において噴出した高温低密度の熱水は浮力により上方への流れを生むが,浮力と重力が釣り合う高さで水平方向へと広がる一方,熱水プルームの周囲から低温高密度の流体が流れ込むことによって,カルデラ内に大規模な対流が発生し,最終的に温度や塩分濃度が均一となるというメカニズムを示した.また,深海の熱水噴出による流れの数値計算モデルの確立のために,随時「海底下の大河」計画に携わる研究者等との意見交換を行い,現実の深海の熱水活動に関する情報を得て研究を遂行した.熱水噴出孔の位置や規模を変化させて数値計算を行うことで流れ場の特徴を捉え,観測された温度等のデータから流れの構造や熱水噴出孔の位置の特定を試み,本モデルによる流体数値シミュレーションの現実的な利用を目指した.

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (22件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Thermal plasmas for nanofabrication2011

    • 著者名/発表者名
      Masaya Shigeta, Anthony B.Murphy
    • 雑誌名

      Journal of Physics D : Applied Physics

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 深海カルデラ内の熱水活動によって誘起される流れの数値解析2011

    • 著者名/発表者名
      小紫誠子, 大西楢平, 茂田正哉, 福西祐
    • 雑誌名

      数理解析研究所講究録「複雑流体の数理解析と数値解析」

      巻: 1724 ページ: 118-125

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] 深海カルデラ内における熱水噴出の数殖シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      小紫誠子, 大西楢平, 茂田正哉, 福西祐
    • 雑誌名

      日本流体力学会年会2010・講演論文集

      巻: (CD-ROM) ページ: 37-37

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] Nano bubbles in liquid of a noble-gas mixture2010

    • 著者名/発表者名
      Takenori Yamamoto, Shuhei Ohnishi
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics 12

      ページ: 1033-1037

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Correlated anomalous diffusion : Random walk and Langevin equation2010

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Sogo, Yoshiaki Kishikawa, Shuhei Ohnishi, Takenori Yamamoto, Susumu Fujiwara, Keiko M.Aoki
    • 雑誌名

      Journal of Mathematical Physics 51

      ページ: 33302-33302

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Incompressible SPH Simulation of Double-Diffusive Convection Phenomena2009

    • 著者名/発表者名
      Masaya Shigeta, Takahiro Watanabe, Seiichiro Izawa, Yu Fukunishi
    • 雑誌名

      International Journal of Emerging Multidisciplinary Fluid Sciences 1

      ページ: 1-18

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] RF熱プラズマ流による金属ナノ粒子創製プロセスの統合モデル(対向流冷却による生成促進場への適用)2009

    • 著者名/発表者名
      茂田正哉, 渡辺隆行
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編 75

      ページ: 2019-2028

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-Directional Nodal Model for Co-Condensation Growth of Multi-Component Nanoparticles in Thermal Plasma Processing2009

    • 著者名/発表者名
      茂田正哉, 渡辺隆行
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Spray Technology 18

      ページ: 1022-1037

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 3次元SPH法による非圧縮性流体と弾性体の連成シミュレーション2010

    • 著者名/発表者名
      佐竹正俊, 茂田正哉, 伊澤精一郎, 福西祐
    • 学会等名
      第24回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2010-12-22
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Mathematical modelling of thermal plasma synthesis of nanoparticles2010

    • 著者名/発表者名
      Masaya Shigeta
    • 学会等名
      Second International Symposium on Plasma Nanoscience
    • 発表場所
      Murramarang, Australia
    • 年月日
      2010-12-13
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional simulation of a flow in an arc weld pool by SPH method2010

    • 著者名/発表者名
      Masaya Shigeta, Masumi Ito, Seiichiro Izawa, Yu Fukunishi
    • 学会等名
      The International Symposium on Visualization in Joining & Welding Science through Advanced Measurements and Simulation
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2010-11-11
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Numerical investigation of binary alloy nanopowder growth in thermal plasma synthesis2010

    • 著者名/発表者名
      Masaya Shigeta, Takayuki Watanabe
    • 学会等名
      The Seventh International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2010-11-02
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Modeling of Thermal Plasma Processing of Nanoparticle Production2010

    • 著者名/発表者名
      Masaya Shigeta
    • 学会等名
      2010 Workshop for Preparation of Nanoparticles by Thermal Plasmas
    • 発表場所
      仁川,韓国
    • 年月日
      2010-10-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 電磁場下におけるアーク溶融池内熱流動挙動のSPHシミュレーション2010

    • 著者名/発表者名
      伊藤真澄, 伊澤精一郎, 福西祐, 茂田正哉
    • 学会等名
      数理解析研究所「複雑流体の数理解析と数値解析」研究会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2010-09-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 界面の大変形を伴う液滴および液膜流の3次元SPHシミュレーション2010

    • 著者名/発表者名
      茂田正哉, 阿川雅教, 本郷卓也, 伊澤精一郎, 福西祐
    • 学会等名
      数理解析研究所「複雑流体の数理解析と数値解析」研究会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2010-09-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 深海カルデラ内の熱水活動によって誘起される流れの数値解析2010

    • 著者名/発表者名
      小紫誠子, 大西楢平, 茂田正哉, 福西祐
    • 学会等名
      数理解析研究所「複雑流体の数理解析と数値解析」研究会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2010-09-27
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 深海カルデラ内における熱水噴出の数値シミュレーション2010

    • 著者名/発表者名
      小紫誠子, 大西楢平, 茂田正哉, 福西祐
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2010
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2010-09-10
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 熱プラズマ流によるナノ粉末量産プロセスの数理モデリング2010

    • 著者名/発表者名
      茂田正哉
    • 学会等名
      粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会
    • 発表場所
      伊東
    • 年月日
      2010-08-05
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 数理モデリングによるナノ粒子群生成機構解明の試み2010

    • 著者名/発表者名
      茂田正哉
    • 学会等名
      日本学術振興会 プラズマ材料科学153委員会第97回研究会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2010-07-23
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Growth model of binary-alloy nanopowders in thermal plasma processing2010

    • 著者名/発表者名
      Masaya Shigeta
    • 学会等名
      WORKSHOP ON INDUSTRIAL APPLICATIONS OF THERMAL PLASMAS
    • 発表場所
      Bologna, Italy
    • 年月日
      2010-04-13
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Model Formulation and Numerical Investigation of Thermal-Plasma-Aided Nanopowder Production2010

    • 著者名/発表者名
      Masaya Shigeta
    • 学会等名
      General Lecture of Institute of Advanced Study, University of Bologna
    • 発表場所
      ボローニャ(イタリア)
    • 年月日
      2010-03-03
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 多方向上流差分を用いた2次元バーガース方程式の数値計算2009

    • 著者名/発表者名
      小紫誠子, A.Bethancourt
    • 学会等名
      第23回数値流体シンポジウム
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2009-12-17
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 3次元非圧縮SPH法における気液界面に作用する表面張力モデル2009

    • 著者名/発表者名
      本郷卓也, 茂田正哉, 伊澤精一郎, 福西祐
    • 学会等名
      第23回数値流体シンポジウム
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2009-12-16
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 斜面上を流下する液体の非圧縮SPHシミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      阿川雅教, 茂田正哉, 伊澤精一郎, 福西祐
    • 学会等名
      第23回数値流体シンポジウム
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2009-12-16
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Model Formulation of Nanopanicle Growth in Thermal Plasma Processing2009

    • 著者名/発表者名
      Masaya Shigeta
    • 学会等名
      The Eighteenth Nisshin Engineering Particle Technology International Seminar on Nanoparticle Synthesis in Gas Phase and Its Application
    • 発表場所
      箱根
    • 年月日
      2009-12-06
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Study on Growth and Decay of Disturbance in a Flat-plate Boundary Layer2009

    • 著者名/発表者名
      S.Noro, M.Shigeta, S.Izawa, Y.Fukunishi
    • 学会等名
      Sixth International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2009-11-04
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Study on Growth and Decay of Turbulece in a Flat-plate Boundary Layer2009

    • 著者名/発表者名
      S.Noro, M.Shigeta, S.Izawa, Y.Fukunishi
    • 学会等名
      The 4th SNU-Tohoku University Joint Workshop
    • 発表場所
      ソウル(韓国)
    • 年月日
      2009-09-28
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 液滴挙動の3次元非圧縮性SPHシミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      本郷卓也, 茂田正哉, 伊澤精一郎, 福西祐
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第45期秋季講演会
    • 発表場所
      福島
    • 年月日
      2009-09-26
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 凝固しながら流下する液滴の2次元非圧縮SPHシミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      阿川雅教, 茂田正哉, 伊澤精一郎, 福西祐
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第45期秋季講演会
    • 発表場所
      福島
    • 年月日
      2009-09-26
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 非圧縮SPH法を用いたアーク溶融池内の流れの数値シミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      伊藤真澄, 伊澤精一郎, 福西祐, 茂田正哉
    • 学会等名
      日本機械学会2009年度年次大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2009-09-13
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [図書] Nanomaterials : Properties, Preparation and Processes2010

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Watanabe, Masaya Shigeta
    • 出版者
      Nova Science Publishers (New York, USA)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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