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2017 年度 実績報告書

異方性のある流体乱流におけるエネルギー輸送

研究課題

研究課題/領域番号 15K17971
研究機関京都大学

研究代表者

横山 直人  京都大学, 工学研究科, 助教 (80512730)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード流体乱流 / 異方性 / 乱流の共存 / エネルギー輸送 / エネルギー散逸
研究実績の概要

異方性をもつ流体乱流系の多くでは、波動と渦さらに大規模構造が共存する。回転乱流において系の角速度を変化させたとき、慣性波乱流、3次元的な渦乱流、大規模渦柱が共存する準2次元的で異方性の高い流れ場と、統計的に等方な3次元的流れ場の間の遷移の生じる角速度は相異なる。すなわち、これらの準2次元的な流れ場と3次元的流れ場が双安定となる角速度が存在するヒステリシス現象が現れる。
安定成層した背景場中の成層乱流では、内部重力波乱流、3次元的な渦乱流、鉛直剪断水平流が共存する。線形の内部重力波の時間スケールと渦の非線形時間スケールとの比が1/3程度となる波数を境界として、低波数領域の弱乱流スペクトルが観測される波数領域で、鉛直運動エネルギーに占める偏向異方性成分の割合が大きく異方性が顕著に現れ、全運動エネルギーに占める波動成分の割合が大きく波動が支配的であり、運動エネルギーとポテンシャルエネルギーが同程度であることが確認された。これにより、異方性、波動の卓越性、弱乱流の成立が線形の内部重力波の時間スケールと渦の非線形時間スケールとの比較により説明できることが明らかとなった。
いずれの系においても、低波数領域で支配的な波動と大規模構造が急峻なエネルギースペクトルを持つことから、低波数域での粘性散逸が無視できないことがわかった。このことは、異種乱流の共存状態におけるエネルギー輸送に対する重要な予想であるcritical balance理論とは必ずしも整合しないが、異種乱流の共存状態の形成・維持機構において、粘性散逸が重要な役割を果たしていることを示唆している。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] On the initial evolution of the weak turbulence spectrum in a system with a decay dispersion relation2018

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Mitsuhiro、Yokoyama Naoto
    • 雑誌名

      European Journal of Mechanics - B/Fluids

      巻: 71 ページ: 103~112

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2018.03.015

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hysteretic transitions between quasi-two-dimensional flow and three-dimensional flow in forced rotating turbulence2017

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Naoto、Takaoka Masanori
    • 雑誌名

      Physical Review Fluids

      巻: 2 ページ: 092602

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.2.092602

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Integrated analysis of energy transfers in elastic-wave turbulence2017

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Naoto、Takaoka Masanori
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 96 ページ: 023106

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevE.96.023106

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sequential transitions of bathtub vortex flow2017

    • 著者名/発表者名
      Mizushima Jiro、Abe Kazuki、Yokoyama Naoto
    • 雑誌名

      Physical Review Fluids

      巻: 2 ページ: 083903

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.2.083903

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 弾性波動乱流における外力とエネルギー輸送の関係2018

    • 著者名/発表者名
      高岡正憲、横山直人
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] 回転乱流におけるエネルギー散逸の役割2018

    • 著者名/発表者名
      横山直人、高岡正憲
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] Identification of weak-turbulent wave-number region in stratified turbulence2017

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Naoto、Takaoka Masanori
    • 学会等名
      70th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
    • 国際学会
  • [学会発表] Separation of gravity waves in stratified turbulence2017

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Naoto、Takaoka Masanori
    • 学会等名
      16th European Turbulence Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Memories of initial conditions and large-scale columnar vortices in forced rotating turbulence2017

    • 著者名/発表者名
      Takaoka Masanori、Yokoyama Naoto
    • 学会等名
      16th European Turbulence Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 成層乱流における波数間非線形相互作用のエネルギー収支2017

    • 著者名/発表者名
      横山直人、高岡正憲
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2017
  • [学会発表] 弾性波動乱流の複素振幅における外力や散逸について2017

    • 著者名/発表者名
      高岡正憲、横山直人
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] 回転乱流のエネルギー輸送2017

    • 著者名/発表者名
      横山直人、高岡正憲
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会

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公開日: 2018-12-17  

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