| 研究課題/領域番号 |
16K17555
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| 研究機関 | 北九州工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
谷口 茂 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (00626880)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 数理工学 / 非平衡熱・統計力学 / 多原子分子気体 / 衝撃波 / 数値解析 / 拡張された熱力学 / 圧縮性流体 / 混合気体 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、多原子分子気体に対する「拡張された熱力学」 (ET) 理論に基づく、非線型波動の解析方法を提案し、強い非平衡状態にある波動の性質を統一的な観点から明らかにすることにある。本年度を、前年度に積み重ねた準備を生かして研究をより深く掘り下げる年度と位置づけ、以下の研究を行った。
(1) 多原子分子希薄気体中の衝撃波構造の解析：我々の結果に触発される形で、気体分子運動論に基づく数値計算結果が別グループによって発表された。まず、同じ条件下での比較から、マッハ数5の非常に強い衝撃波までET理論と気体分子運動論の結果が一致することを示し、両者の妥当性を確認した。さらに、気体分子運動論の数値計算では十分に考慮されていない、比熱や体積粘性率の温度依存性を精密に取り入れた解析を実行し、その重要性を明らかにすることで、現象論であるET理論の有用性を示した。
(2) 非線型波動の時間発展の解析：前年度に構築した、各種非線型波動の時間発展を並列計算するプログラムを改良し、各分子が持つ内部モードの緩和現象の詳細まで考慮することができるプログラムを構築した。現在、これを用いて大規模計算を進めている。このプログラムは、前年度に導出した混合気体に対するET理論に対しても有効であるため、混合気体効果もあわせて調べている。
(3) サブショックの解析：ET理論では、衝撃波の伝播速度がある臨界速度を超えると、不連続面（サブショック）が現れることが知られている。前年度において、この臨界速度に関する従来の予想の反例を構築した。今年度もこの研究を継続し、より簡単な反例の構築に成功した。一方で、多原子分子気体に対するET理論は従来の予想に従うことも示した。サブショック形成の性質を特徴づける条件は何かを明らかにすることを目指し、さらに解析を続けている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
前年度に構築した基礎をもとに、研究が順調に進んでおり、査読付論文もアクセプトが続いている。今年度は、上述の各項目について、以下の特筆すべき進展があった。
(1) ET理論は、強い非平衡現象も解析ができると理論的には示されてきていた。今回、別グループによる数値解析結果との比較により、高マッハ数の非常に強い衝撃波まで説明できることを定量的に示すことができ、ET理論の有効性が明確になった。
(2) 前年度に構築した数値計算ソルバーのさらなる改良に成功した。これにより、より現実的な仮定の下で、非線型波動の時間発展に関する数値解析を実行できるようになった。
(3) サブショック形成について、従来の予想に従う例と反例の両方を積み重ねることができた。これらの例の比較を行うことにより、サブショック形成を特徴づける条件を明確にできると期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
予想外の興味深い結果も得られつつ、着実に研究が進んでいるため、方針の変更は必要ないと考えている。研究を加速させる方策としては、以下の三つが挙げられる。
(i) 国内外の学会に積極的に参加し、得られた結果について関連分野の研究者と議論を重ねる。また、海外協力研究者の招へいも行い、本研究課題を完成させる。
(ii) これまでに作成してきたプログラムを用いてより大規模な数値計算を実行し、詳細な解析を続けるため、計算環境の増強も継続して行う。
(iii) 最終年度となるため、得られた結果をまとめることにも注力し、本研究課題を基礎にした、今後のさらなる展開の可能性についても模索する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）
国際会議での発表が招待講演となり、滞在費の補助が得られたため。
（使用計画）
国内外の学会に当初計画よりも多く申し込むとともに、海外協力研究者の招へいも行い、それらの旅費にあてる。
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