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2015 年度 実績報告書

一様な系に現れる異なる統計的性質をもつ乱流域の共存機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25400412
研究機関同志社大学

研究代表者

高岡 正憲  同志社大学, 理工学部, 教授 (20236186)

研究分担者 水野 吉規  同志社大学, 理工学部, 助教 (70402542)
横山 直人  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80512730)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード平行平板間乱流 / 弾性波動乱流 / 共存機構 / エネルギー輸送 / 数値シミュレーション / 階層構造 / 冪乗則スペクトル / 非線形エネルギー
研究実績の概要

平行平板間乱流において、変動速度のスケール毎のエネルギー収支を、大規模シミュレーションから求めた。その結果、対数層におけるエネルギーの大部分を保有する中程度スケールでは、より壁に近い小さなスケールの乱れからエネルギーを受け取り、より壁から遠い大きなスケールの乱れにエネルギーを受け渡し、また非常に大きなスケールでは逆に壁に向かうという、壁に垂直な方向のエネルギー輸送の階層構造が明らかになった。他方、壁からの各高さにおけるスケール間のエネルギー輸送については、従来からの予想に反し、対数層では平均的には大から小スケールへのエネルギー輸送しか見られず、また、エネルギーの多くを保有し且つ等方的なスケールにおいてのみ、各方向成分の間のエネルギー輸送が発生するという結果となった。
平行周期流中の乱流においては、平均速度の剪断が大きい領域に流れ方向渦が現れたが、平均流速の対数速度分布は確認されず、壁のような不透過性が必要であることがわかった。
弾性波動乱流において、非線形エネルギーの1波数表現と、それから得られたエネルギー詳細釣り合いを満たす三波相互作用関数を用いて、エネルギー輸送機構を数値的に調べた。弱乱流状態にある高波数領域では、共鳴相互作用によって低波数から高波数へとカスケード的に、エネルギーが波数空間内を局所的に輸送された。一方、強乱流状態にある低波数領域では、外力によって励起される伸縮エネルギーが、波数空間内を非局所的に運動エネルギーへと輸送されることがわかった。この強乱流状態におけるエネルギー輸送は系の非線形性が大きいときに現れ、系の非線形性が弱いときとは定性的に異なる輸送形態を持っている。この差異は、強乱流状態のエネルギー輸送が、実空間で間欠的に現れる稜線のクラスタから形成される束状構造によって特徴付けられることから理解される。
これらの結果をまとめた論文を執筆中である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 強弱非線形性の共存する弾性波動の乱流的性質2016

    • 著者名/発表者名
      横山直人、高岡正憲
    • 雑誌名

      数理解析研究所 講究録

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nonlinear energy in a wave turbulence system2015

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

      Proceedings of the Estonian Academy of Science

      巻: 64 ページ: 430-437

    • DOI

      10.3176/proc.2015.3S.14

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 弾性波動乱流の外力スケール依存性2016

    • 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71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大 泉キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 回転乱流におけるエネルギースペクトルの初期条件依存性2016

    • 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71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大 泉キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] チャネル乱流における速度乱れの乱流輸送のスペクトルとそのレイノルズ数依存性2015

    • 著者名/発表者名
      水野吉規
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2015
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-09-26 – 2015-09-28
  • [学会発表] 弾性波動乱流の実空間におけるエネルギー収支と秩序構造2015

    • 著者名/発表者名
      高岡正憲, 横山直人
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      関西大学千里山キャンパス(吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] Spectra of turbulent energy transport in channel flows2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Mizuno
    • 学会等名
      JJ70 Conference in honor of Prof. Javier Jimenez
    • 発表場所
      Salamanca (Spain)
    • 年月日
      2015-09-03 – 2015-09-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectra of turbulent energy transport in channel flows2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Mizuno
    • 学会等名
      15th European Turbulence Conference
    • 発表場所
      the Delft University of Technology, Delft (The Netherlands)
    • 年月日
      2015-08-25 – 2015-08-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatial structures of energy transfers in elastic wave turbulence2015

    • 著者名/発表者名
      Masanori TAKAOKA, Naoto YOKOYAMA
    • 学会等名
      15th European Turbulence Conference
    • 発表場所
      the Delft University of Technology, Delft (The Netherlands)
    • 年月日
      2015-08-25 – 2015-08-29
    • 国際学会
  • [学会発表] A numerical analysis of detailed energy transfers in elastic-wave turbulence2015

    • 著者名/発表者名
      Naoto Yokoyama, Masanori Takaoka
    • 学会等名
      15th European Turbulence Conference
    • 発表場所
      the Delft University of Technology, Delft (The Netherlands)
    • 年月日
      2015-08-25 – 2015-08-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Wave turbulence properties of vibration in thin elastic plate2015

    • 著者名/発表者名
      Naoto Yokoyama, Masanori Takaoka
    • 学会等名
      Workshop on Nonlinear Waves and Fluid Mechanics
    • 発表場所
      National Institute for Mathematical Sciences, Daejeon (Korea)
    • 年月日
      2015-08-10 – 2015-08-13
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 強弱非線形性の共存する弾性波動の乱流的性質2015

    • 著者名/発表者名
      横山直人, 高岡正憲
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所研究集会: 乱流を介在した流体現象の数理
    • 発表場所
      京都大学数理解析研究所, 京都市
    • 年月日
      2015-07-22 – 2015-07-24

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公開日: 2017-01-06  

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