| 研究課題/領域番号 |
13450069
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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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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
花崎 秀史 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (60189579)
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| 研究分担者 |
余 偉明 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60251716)
宮嵜 武 電気通信大学, 大学院・電気通信学研究科, 教授 (50142097)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2002
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| キーワード | 乱流 / 成層 / 回転 / 慣性重力波 / フラックス振動 / RDT理論 |
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| 研究概要 |
大気・海洋流れなどでは、密度成層と回転(地球の自転)の効果が本質的に重要である。気候の数値予測に用いられている乱流モデルも安定成層時の予測はあまりよい結果を与えないことが知られている。本研究では、成層と回転の同時にかかった系における乱流輸送メカニズムを、乱流理論(Rapid Distortion Theory (RDT))、数値シミュレーション(DNS)、及び、乱流渦モデルによって解明した。成層乱流においては浮力振動(内部重力波)、回転乱流においては慣性振動(慣性波)を基本として、乱流と波動現象を統一的な理解を行った。
13年度は、RDT理論による解から、慣性重力波と乱流統計量の時間変化の関係を明らかにした。浮力のパラメターである浮力振動数Nと回転効果を表すコリオリパラメターfの比f/Nが、3方向の乱流運動エネルギーと、浮力に伴うポテンシャルエネルギーの間のエネルギー分配を決定していることを明らかにした。速度・温度の3次元スペクトル、それらの積分量として得られる乱流統計量(レイノルズ応力、鉛直熱フラックス、乱流運動エネルギー、乱流ポテンシャルエネルギーなど)についての解析を行い、それらの時間発展が、f/N、初期条件(初期の乱流の非等方性、ポテンシャルエネルギーと運動エネルギーの比、初期スペクトル形)などにどう依存するかを解析した。
14年度は、成層乱流中のパッシブスカラー拡散のRDTによる解を求め、非定常性と初期条件の効果が、熱(アクティブスカラー)とパッシブスカラーの乱流拡散係数や鉛直方向フラックスに与える効果を明らかにした。その結果、乱流の定常性に基づいた従来の議論で相関が小さくなると予想して来たことが非定常乱流では成立しないことを明らかにした。この結果は、初期条件の効果と非定常性を考慮することが重要であることを示している。
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