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2018 年度 実績報告書

プラズマ流体方程式に対するガウス則保証型高次精度衝撃波捕獲法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15K04756
研究機関広島大学

研究代表者

三好 隆博  広島大学, 理学研究科, 助教 (60335700)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワード数値計算手法 / プラズマ物理学 / 磁気流体力学方程式 / 二流体方程式
研究実績の概要

本研究の目的は、次世代宇宙・天体プラズママクロスケールシミュレーションに関する数値技法の基盤を確立することにある。特にプラズマ流体の基礎的なモデル方程式である磁気流体力学(MHD)方程式、および完全圧縮性電子・イオン二流体方程式に対し、磁場および電場に関するガウスの法則を厳密に満足する高次精度衝撃波捕獲法を研究開発する。
重み付き高次補間法と高次度中心差分法を最適に組み合わせた新たな高次精度衝撃波捕獲法を提案し、MHD方程式に適用した。さらに、多次元MHD方程式に対して、磁場に関するガウスの法則を満足し、かつ1次元高次精度衝撃波捕獲法と無矛盾な高次精度Constrained Transport法の開発に成功した[Minoshima, et al., 2019(印刷中)]。また、二流体方程式についても、同様の多次元高次精度衝撃波捕獲法を適用した。ただし、電場に関するガウスの法則を満足する半陰的な時間積分法の開発が検討課題して残った。
MHD方程式に対する高次精度衝撃波捕獲法の実証研究として、磁気リコネクションに関するシミュレーション研究を推進した[Shibayama et al., 2015; Minoshima et al., 2016; Shibayama et al., 2019]。また、高次精度衝撃波捕獲法の新たな応用モデル方程式として、Boris修正型磁気流体力学方程式[Matsumoto et al., 2019]、磁気流体力学緩和方程式[Miyoshi et al.(投稿準備中)]を検討し、その基本的な数値解法を開発した。
本研究で開発したガウス則保証型高次精度衝撃波捕獲法は、宇宙・天体突発現象などの解明に重要な役割を果たすと共に、電磁場解析など工学分野への波及も期待できる。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Mechanism of non-steady Petschek-type reconnection with uniform resistivity2019

    • 著者名/発表者名
      Shibayama Takuya, Kusano Kanya, Miyoshi Takahiro, Bhattacharjee Amitava
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 26 ページ: 032903-1~7

    • DOI

      10.1063/1.5084771

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A New HLLD Riemann Solver with Boris Correction for Reducing Alfven Speed2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Matsumoto, Takahiro Miyoshi, Shinusuke Takasao
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 874 ページ: 37-1~15

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab05cb

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A high-order weighted finite difference scheme with a multi-state approximate Riemann solver for divergence-free magnetohydrodynamic simulations2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Minoshima, Takahiro Miyoshi, Yosuke Matsumoto
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Supplement

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [学会発表] 圧力および重力効果を含む彩層・太陽コロナ磁場モデリング2019

    • 著者名/発表者名
      三好隆博, 草野完也, 井上諭
    • 学会等名
      日本天文学会2019年春季年会
  • [学会発表] 移流方程式に対するLTS-WENOスキーム2018

    • 著者名/発表者名
      三好隆博
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2018年大会
  • [学会発表] A magnetohydrodynamic relaxation method for non-force-free magnetic fields in magnetohydrostatic equilibria2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Miyoshi, Kanya Kusano, Satoshi Inoue
    • 学会等名
      COSPAR 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁気静水圧平衡磁場外挿法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      三好隆博, 草野完也, 井上諭
    • 学会等名
      STEシミュレーション研究会
  • [学会発表] Force-free磁場に対する高速磁気リコネクション2018

    • 著者名/発表者名
      三好隆博
    • 学会等名
      プラズマシミュレータシンポジウム 2018

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公開日: 2019-12-27  

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