| 研究課題/領域番号 |
17K05573
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
芳松 克則 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (70377802)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 乱流 / 計算物理 / 直接数値計算 / 自己相似性 / 不変性 / 普遍的構造 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、大規模直接数値計算（Direct Numerical Simulation, DNS）により（１）乱流の大スケールのある種の時間不変性に起因する乱流の減衰則、ならびに、（２）典型的な非等方外力の乱流の小スケールへの影響に関する統計則、を解明することである。規範的な乱流である３次元非圧縮性一様乱流を対象に研究を実施した。周期箱中の非圧縮性乱流の高精度高解像度のDNSを、エリアスエラーを除去したフーリエスペクトル法および4次精度ルンゲクッタ法を用いて実施した。
外力の無い自由減衰乱流において初期インパルスがゼロでない場合には、（波数ゼロの極限に対応する）遠方場において初期に非等方性や非対称性があれば、十分に乱流が発達しても等方化したり対称な場に戻ったりしないことを示した。3次元非圧縮一様非等方乱流場中のパッシブスカラー場が大スケールにある種の時間不変性をもつ場合についても研究を行った。スカラー拡散係数と動粘性係数との比は１とした。レイノルズ数が十分には大きくない乱流においては、エネルギー保有領域での非等方性の影響により、小スケールの速度場が非等方になりうる。この非等方性が強くなるほど、パッシブスカラー場での小スケールにおける自己相似性の欠如が顕著になることをDNSにより示した。
強い密度成層の下での乱流の減衰について、成層の強さ依存性、レイノルズ数依存性についての調べるための予備的なDNSも実施した。
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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
任意の非等方性、非対称性を持った、初期インパルスがゼロでない自由減衰乱流に関して研究を行った。理論解析とDNSにより、この乱流が十分発達しても、初期にある非等方性や鏡面非対称性が、永続することを示した。これらの成果をまとめた論文2報がPhys. Rev. Fluids誌に掲載された（これらの論文は「名古屋大学レポジトリ」からもダウンロードできる）。うち1報がEditors’ Suggestionに選出された。さらに、大スケールの時間不変性をもつパッシブスカラー乱流においても、その非等方性が速度場の非等方性に従わないことをDNSで示した。また、速度異成分間に相関がある乱流、および、強い密度成層下での乱流の予備的なDNSを行い、理論解析の結果と概ね整合する結果を得た。
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| 今後の研究の推進方策 |
大規模DNSと理論解析により、乱流の大スケールのある種の時間不変性に起因する減衰則に関する研究を進める。前年度までの成果を取りまとめる。特に、スーパーコンピュータを駆使して大規模なDNSを実施し、強い密度成層下での乱流の減衰則、速度異成分間の相関の減衰について研究をさらに進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
前年度からの繰り越し分があったのに加えて、DNSデータの保存量を減らして名古屋大学のスーパーコンピュータシステムの利用料を抑えたため。未使用額については、予備的な数値計算にも1024^3の格子点数が必要な成層乱流のDNS実行のための計算利用料にあてるとともに、国内外において成果を発表するための出張費として利用する。
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