| 研究課題/領域番号 |
18K13685
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
沖野 真也 京都大学, 工学研究科, 助教 (30711808)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 密度成層流体 / 成層乱流 / 高シュミット数 / 直接数値計算 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は、熱と塩分よって形成される密度成層流体（熱塩成層流体）における乱流の減衰過程を明らかにすることを目的としている。塩分の拡散は非常に遅く、バチェラーの理論によれば、乱流中には速度場の最小スケール（コルモゴロフ・スケール）の約1/30のスケールの塩分（あるいは密度）撹乱が作られる。本研究では大規模な並列計算によって、そのような微小スケールの密度撹乱までを高精度に解像する直接数値計算を実施中である。
昨年度に実施した密度成層乱流のシュミット数依存性の調査を拡張し、今年度はシュミット数が700の、塩分によって形成される密度成層流体中の減衰乱流を直接数値計算によって調べた。乱れの減衰が進み、オズミドフ・スケールがコルモゴロフ・スケールより小さくなった後、塩分撹乱によるポテンシャルエネルギーの分布はコルモゴロフ・スケールよりも小さい構造からなる大スケールの雲状の構造を示した。こうした雲構造が出現するとき、ポテンシャルエネルギーのスペクトルは、粘性移流領域において、成層効果が顕著になる以前に観測されるバチェラーの-1乗則ではなく、平坦な形状を示した。このようなスペクトル形状の変化は、小スケールのポテンシャルエネルギーが、逆勾配密度フラックスを介して運動エネルギーへと持続的に変換されるために起こる。小スケールにおける逆勾配フラックスの存在自体は、過去の実験や理論からもすでに知られていたが、これが最も顕著であるスケールが動粘性係数とブラント・バイサラ振動数から決定されるスケールであることを見出した。
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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
本研究課題は、乱流中における複数のアクティブスカラー（熱と塩分）の振る舞いを調べるものであるが、そもそもそれ以前に、塩分のような高シュミット数のスカラーについては、単体の場合の振る舞いさえ、よく分かっていなかった。今年度の取り組みによって得られた、高シュミット数のスカラー単体の挙動についての知見は、熱塩成層乱流の性質を理解する上での礎となるため。
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| 今後の研究の推進方策 |
以下の通り、段階的に系を拡張して数値計算を実施する。まずは、熱と塩分のうち、一方がアクティブ（流体の密度に寄与する）で、もう一方がパッシブ（流体の密度に寄与しない）の場合について調べる。続いて、熱と塩分がともにアクティブである熱塩成層流体を対象とする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究課題を含む密度成層流体の数値シミュレーションがHPCI(High Performance Computing Infrastructure)の公募課題として選定され、計算機利用料が不要となったため。次年度使用額は大容量のデータを保存するための、ハードディスクの購入に充てる。
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