不均一プラズマにおける乱流輸送の無次元数と相似則の研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08680503
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 若谷 誠宏 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (00109357)
• 研究分担者: 中村 祐司 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (20198245)
• キーワード: インターチェンジモード / レーリー数 / プラントル数 / ヌッセルト数 / Hモード / ELMs

研究概要

不均一プラズマにおける乱流輸送のモデルとして、板状プラズマにおけるインターチェンジモード乱流を取り上げた。この不安定性は磁場に閉じ込められた不安定性として普遍的であり、また、レーリー・テーラー不安定性やベナ-ル対流との類似性もあり、流体物理における知見を活用できるからである。インターチェンジモード乱流を記述する電磁流体モデルには、無次元数として、レーリー数とプラントル数が含まれている。この2つの数は、ベナ-ル対流の分類においても用いられている。また、乱流輸送の評価は無次元数であるヌッセルト数を用いた。さらに、本研究では多くの場合プラントル数は1と仮定した。本研究で得られた成果を要約すると、以下のようになる。
1.レーリー数が10^4以上になると、非線形インターチェンジモードの飽和レベルは鋸歯状の振動を示し、定常的ではなくなる。
2.レーリー数が10^5を越えると、鋸歯状振動の振幅の増大とともに、シア-流成分が渦成分より大きくなる。
3.レーリー数が10^5以上では、乱流輸送に対応するヌッセルト数が間欠的に増大し、レーリー数の上昇とともに、ヌッセルト数が大きくなるが、バーストの周期は長くなる。一方、時間平均をとると、ヌッセルト数の平均値はレーリー数に依存せず一定になる。
4.上記の非線形インターチェンジモードの挙動は、トカマクやステラレータプラズマにおいて、閉じ込めの良いHモードで観測されているEdge Localized Modesの特性と対応している。

研究成果

• [文献書誌] A.Takayama: "Suppression of nonlinear interchange mode by zonal counters treaming flow" Phys.Plasmas. 3. 3-5 (1996)
• [文献書誌] A.Takayama: "ELM modelling based on the nonlinear interchange mode in edge plasma" Plasma Phys.Control.Fusion. 38. 1411-1414 (1996)
• [文献書誌] A.Takayama: "Generation of Sheared Flow and its Effect on Transport" J.Korean Phys.Soc.31. S167-S170 (1997)
• [文献書誌] T.Idomura: "Chaotic behavior in PIC simulation and its relation to computational errors" Comp.Phys.Communications. 102. 68-80 (1997)
• [文献書誌] M.Wakatani: "Transport in High Performance Plasmas with a Transport Barrier" Plasma Phys.Control.Fusion. 40. (1998)
• [文献書誌] A.Takayama: "Comparison between Lorenz type and fluid models" Plasma Phys.Control.Fusion. 40. (1998)
• [文献書誌] R.L.Dewar: "TWO-DIMENSIONAL TURBULENCE IN PLASMAS AND FLUIDS" American Institute of Physics, 303 (1997)