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2019 年度 実績報告書

徹底的な4次元解析による壁乱流の動力学と統計の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H04268
研究機関大阪大学

研究代表者

後藤 晋  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40321616)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード乱流 / 数値シミュレーション / 秩序構造 / 4次元解析 / 渦
研究実績の概要

本年度もほぼ計画通りに研究を遂行することができた。具体的には、周期境界条件下の乱流、平板上の乱流境界層、平行平板間乱流、格子乱流、円柱後流、容器内乱流などの複数の異なる境界条件下の発達した乱流の数値シミュレーションを実行し、得られたデータの徹底的な時空間解析(4次元解析)により、これらの乱流中の秩序構造の詳細やその維持機構を明らかにした。
とくに乱流境界層および平行平板間乱流に関しては、十分に高いレイノルズ数の乱流のデータを用いて「渦の階層構造の詳細な解析」を遂行し、多くの重要な知見を得た。たとえば、壁面からの距離程度の大きさの大規模渦(壁面近傍では必ずしも大規模渦ではないが、壁面からの距離程度の大きさの渦という意味で大規模渦と呼ぶ)は平均流による渦伸長により維持される一方で、それよりも小さな渦は、より大きな渦が誘導する引き伸ばし場により維持されることを定量的に明らかにした。つまり、周期境界条件下の乱流中に見られるようないわゆる「エネルギーカスケード現象」が、十分に大きなレイノルズ数の壁乱流の対数層における小規模渦の維持機構であることをはじめて数値的に実証した。
さらに、物体の背後に生成される乱流中の渦の階層構造に関する詳細な知見も得たし、また、容器内乱流(カルマン乱流)に対しても数値シミュレーションを進め、従来までの室内実験によりよく知られていた系のゆっくりとした(流れを駆動する円盤の回転周期よりも十分に長い)時間周期的な変動と、系の内部で起こるエネルギーカスケードの関係を明らかにできた。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 9件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] ラフバラー大学(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      ラフバラー大学
  • [国際共同研究] ジョンズ・ホプキンズ大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ジョンズ・ホプキンズ大学
  • [国際共同研究] オンタリオ工科大学(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      オンタリオ工科大学
  • [国際共同研究] チューリッヒ工科大学(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      チューリッヒ工科大学
  • [国際共同研究] リール大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      リール大学
  • [雑誌論文] Formation of power-law scalings of spectra and multiscale coherent structures in the near-field of grid-generated turbulence2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Yasuda, Susumu Goto, John Christos Vassilicos
    • 雑誌名

      Physical Review Fluids

      巻: 5 ページ: 014601

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.5.014601

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Scale-dependent enstrophy production rates in a turbulent boundary layer2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaro Motoori, Susumu Goto
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Science and Technology

      巻: 14 ページ: JFST0016

    • DOI

      https://doi.org/10.1299/jfst.2019jfst0016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transferring Reservoir Computing: Formulation and Application to Fluid Physics2019

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Inubushi, Susumu Goto
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 11731 ページ: 193-199

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/978-3-030-30493-5_22

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 反射性鱗片状粒子による乱流の可視化2019

    • 著者名/発表者名
      後藤晋
    • 雑誌名

      可視化情報学会誌

      巻: 139 ページ: 158-163

  • [学会発表] von Karman乱流中の大規模時空間変動とエネルギカスケードの動力学2020

    • 著者名/発表者名
      荒木亮、後藤晋
    • 学会等名
      日本機械学会 関西支部第95期定時総会講演会
  • [学会発表] 乱流中のエネルギーカスケードと局所平衡仮説の破れ2019

    • 著者名/発表者名
      後藤晋
    • 学会等名
      RIMS共同研究(公開型)研究集会『乱流の基礎的相似則の再検討』
    • 招待講演
  • [学会発表] Turbulence in Precessing Containers2019

    • 著者名/発表者名
      Susumu Goto, Ken Komoda, Jun Kank
    • 学会等名
      Eleventh International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • 国際学会
  • [学会発表] Generation mechanism of the hierarchy of vortices in wall-bounded turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaro Motoori, Susumu Goto
    • 学会等名
      Eleventh International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • 国際学会
  • [学会発表] 乱流中の渦の階層構造2019

    • 著者名/発表者名
      後藤晋
    • 学会等名
      第2回先進的ながれ研究会
  • [学会発表] 乱流の普遍性に基づく転移学習2019

    • 著者名/発表者名
      犬伏正信、後藤晋
    • 学会等名
      第2回先進的ながれ研究会
  • [学会発表] Hierarchy of vortices in a developed turbulent boundary layer2019

    • 著者名/発表者名
      Susumu Goto, Yutaro Motoori
    • 学会等名
      17th European Turbulence Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Cluster of inertial particles and fluid acceleration in turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Sunao Oka, Susumu Goto
    • 学会等名
      17th European Turbulence Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 乱流中の渦の階層が輸送現象に果たす役割2019

    • 著者名/発表者名
      後藤晋、岡温、本告遊太郎
    • 学会等名
      日本機械学会 2019 年度年次大会
  • [学会発表] 乱流の普遍性に基づく転移学習:乱流モデリングのためのエネルギー散逸率推定2019

    • 著者名/発表者名
      犬伏正信、後藤晋
    • 学会等名
      日本機械学会 2019 年度年次大会
  • [学会発表] Transferring Reservoir Computing: Formulation and Application to Fluid Physics2019

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Inubushi, Susumu Goto
    • 学会等名
      The 28th International Conference on Artificial Neural Networks
    • 国際学会
  • [学会発表] 乱流中の秩序渦の階層とその維持機構2019

    • 著者名/発表者名
      後藤晋、本告遊太郎
    • 学会等名
      プラズマシミュレータシンポジウム2019
  • [学会発表] Transferring reservoir computing: formulation and application to fluid physics2019

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Inubushi, Susumu Goto
    • 学会等名
      Deep Learning and Physics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Large spatial-temporal fluctuation and energy cascade dynamics in von Karman turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Araki, Susumu Goto
    • 学会等名
      Sixteenth International Conference on Flow
    • 国際学会
  • [学会発表] Cluster of inertial particles and fluid acceleration in turbulence at high Reynolds numbers2019

    • 著者名/発表者名
      Sunao Oka, Susumu Goto
    • 学会等名
      Sixteenth International Conference on Flow
    • 国際学会
  • [学会発表] 乱流境界層中の最大スケール渦はヘアピン状である2019

    • 著者名/発表者名
      本告遊太郎、後藤晋
    • 学会等名
      日本機械学会 第97期 流体工学部門 講演会
  • [学会発表] 円柱状剛体粒子の添加による流れの抑制現象2019

    • 著者名/発表者名
      吉田将人、後藤晋
    • 学会等名
      日本機械学会 第97期 流体工学部門 講演会
  • [学会発表] Energy cascade in turbulent channel flow2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaro Motoori, Susumu Goto
    • 学会等名
      The 65th Workshop on "Investigation and Control of Transition to Turbulence"
    • 国際学会
  • [学会発表] リザーバコンピューティングを用いた乱流エネルギー散逸率の予測2019

    • 著者名/発表者名
      後藤晋、犬伏正信
    • 学会等名
      第33回数値流体力学シンポジウム

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公開日: 2021-01-27  

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