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2016 年度 実績報告書

ホモクリニック軌道を用いた亜臨界乱流遷移の理論的予測

研究課題

研究課題/領域番号 26630055
研究機関大阪大学

研究代表者

河原 源太  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50214672)

研究分担者 清水 雅樹  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (20550304)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード乱流 / 亜臨界乱流遷移
研究実績の概要

平成27年度に続き壁面剪断流において空間局在周期解を求め,それらのレイノルズ数を変化させながら追跡した.円管流の空間局在周期解については,Avilaらにより既に求めた周期解を狙い撃ち法により再現し,それを初期推定としてニュートン・クリロフ法により数値解を求めた.この解は不安定方向が1方向であるエッジ状態であり,この解のホモクリニック軌道を計算することにより空間局在型の過渡的乱れの発生を理論的に捉えることが可能となる.一方,平面ポアズイユ流の空間局在周期解については,ナビエ・ストークス方程式に空間局所的に減衰力を付加することによって,低レイノルズ数域で観測される,壁面に平行な2方向に局在した乱流斜め縞構造を再現する周期解を求めることに成功した.減衰力付与の下ではあるが,この解は安定状態(上分枝解)を有し,それと層流状態とを分かつエッジ状態(下分枝解)が存在することが判明した.この解を減衰力ゼロ状態に接続できれば,空間2方向に局在した乱流斜め縞を表すホモクリニック軌道を計算することが可能となる.さらに,ごく最近沖野氏によって発見された矩形ダクト流の流れ方向局在定常進行波解の再現に同氏とともに取り組み,矩形ダクト流の流れ方向局在解を求めることに成功した.ダクトのアスペクト比を1より大きくしながらこの解を追跡したところ,ダクト高さに比べスパン方向のダクト幅が大きくなるにつれ,流れ方向とスパン方向に局在した定常進行波解が現れることを見出した.
また,平成27年度に続き,円管流,平面クエット流,平面ポアズイユ流,矩形ダクト流の各層流状態に有限振幅攪乱を注入し,それらの非線形時間発展を直接数値シミュレーションあるいは粒子画像流速計を用いた実験により調査し,乱流パフ(円管流,矩形ダクト流)あるいは乱流斑点や斜め縞(平面クエット流,平面ポアズイユ流,矩形ダクト流)の成長過程を明らかにした.

  • 研究成果

    (35件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 14件、 招待講演 7件)

  • [国際共同研究] マドリード工科大学(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      マドリード工科大学
  • [国際共同研究] カールスルーエ工科大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      カールスルーエ工科大学
  • [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] CNRS(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CNRS
  • [国際共同研究] IST(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      IST
  • [雑誌論文] Unstable periodic orbits in plane Couette flow with the Smagorinsky model2016

    • 著者名/発表者名
      Eiichi Sasaki, Genta Kawahara, Atsushi Sekimoto and Javier Jimenez
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 708 ページ: 012003

    • DOI

      10.1088/1742-6596/708/1/012003

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Periodic solutions representing the origin of turbulent bands in channel flow2017

    • 著者名/発表者名
      Genta Kawahara
    • 学会等名
      KITP Conference: Recurrence, Self-Organization, and the Dynamics of Turbulence
    • 発表場所
      サンタバーバラ(アメリカ)
    • 年月日
      2017-01-09 – 2017-01-13
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] チャネル流における局在斜め乱構造の維持機構2016

    • 著者名/発表者名
      金澤昂弘, 清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会第94期流体工学部門講演会
    • 発表場所
      山口大学(山口県・宇部市)
    • 年月日
      2016-11-12 – 2016-11-13
  • [学会発表] 機械学習を用いた平面クエット乱流における低次元力学系の構築2016

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会第94期流体工学部門講演会
    • 発表場所
      山口大学(山口県・宇部市)
    • 年月日
      2016-11-12 – 2016-11-13
  • [学会発表] 高レイノルズ数乱流における正方形ダクト二次流れ2016

    • 著者名/発表者名
      森下誠,清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会第94期流体工学部門講演会
    • 発表場所
      山口大学(山口県・宇部市)
    • 年月日
      2016-11-12 – 2016-11-13
  • [学会発表] 矩形ダクト流における局在乱構造の成長過程2016

    • 著者名/発表者名
      福田拓生,河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会第94期流体工学部門講演会
    • 発表場所
      山口大学(山口県・宇部市)
    • 年月日
      2016-11-12 – 2016-11-13
  • [学会発表] チャネル流における局在乱れの平衡状態2016

    • 著者名/発表者名
      金澤昂弘, 清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2016
    • 発表場所
      名古屋工業大学(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2016-09-26 – 2016-09-28
  • [学会発表] LES平行平板間Couette流における不安定周期解の分岐構造2016

    • 著者名/発表者名
      佐々木英一,河原源太,ヒメネス ハビエル
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2016
    • 発表場所
      名古屋工業大学(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2016-09-26 – 2016-09-28
  • [学会発表] 円管流における過渡的乱流パフの発生過程2016

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] チャネル流における局在斜め乱流構造2016

    • 著者名/発表者名
      金澤昂弘, 清水雅樹, 河原源太
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Optimization of forced convection heat transfer by using a variational method2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      11th European Fluid Mechanics Conference
    • 発表場所
      セビリア(スペイン)
    • 年月日
      2016-09-12 – 2016-09-16
    • 国際学会
  • [学会発表] レイリー・ベナール・ポアズイユ乱流における熱・運動量輸送2016

    • 著者名/発表者名
      渡邊大記,河原源太,清水雅樹
    • 学会等名
      日本機械学会2016年度年次大会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2016-09-12 – 2016-09-14
  • [学会発表] 変分原理を用いた強制対流熱伝達の最適化2016

    • 著者名/発表者名
      本木慎吾,河原源太,清水雅樹
    • 学会等名
      日本機械学会2016年度年次大会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2016-09-12 – 2016-09-14
  • [学会発表] Unstable periodic orbits in LES plane Couette flow2016

    • 著者名/発表者名
      Eiichi Sasaki, Genta Kawahara, Javier Jimenez
    • 学会等名
      RIMS Camp-Style Seminar: Dynamics of wall-bounded shear flows
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-08-31 – 2016-09-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Bifurcation to a transient turbulent puff in pipe flow2016

    • 著者名/発表者名
      Masaki Shimizu, Genta Kawahara, Naoto Onishi
    • 学会等名
      RIMS Camp-Style Seminar: Dynamics of wall-bounded shear flows
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-08-31 – 2016-09-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of heat transfer enhancement in wall-bounded shear flow2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Genta Kawahara, Masaki Shimizu
    • 学会等名
      RIMS Camp-Style Seminar: Dynamics of wall-bounded shear flows
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-08-31 – 2016-09-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Exponential increase of the lifetime with the number of coherent structures2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kanazawa, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      24th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics
    • 発表場所
      モントリオール(カナダ)
    • 年月日
      2016-08-21 – 2016-08-26
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of heat transfer in plane Couette flow2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      5th International Conference of Continuous Optimization
    • 発表場所
      政策研究大学院大学(東京都・港区)
    • 年月日
      2016-08-06 – 2016-08-11
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 貫通壁を有するチャネル乱流における熱運動量輸送の非相似性2016

    • 著者名/発表者名
      河原源太
    • 学会等名
      日本伝熱学会関西支部第23期第2回講演討論会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪府・大阪市)
    • 年月日
      2016-08-01 – 2016-08-01
    • 招待講演
  • [学会発表] 多孔質チャネル乱流の構造と非相似的熱・運動量輸送2016

    • 著者名/発表者名
      河原源太,長谷川久晃,ウルマン マルクス,加藤健司
    • 学会等名
      RIMS研究集会 高レイノルズ数の流れを記述するモデルの数理
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-07-13 – 2016-07-15
  • [学会発表] Dimension reduction method by machine learning for turbulent plane Couette flow2016

    • 著者名/発表者名
      Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      International Workshop on Theoretical Aspects of Near-Wall Turbulence Studies
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-28 – 2016-06-30
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Bifurcation of unstable periodic orbits in plane Couette flow with the Smagorinsky model2016

    • 著者名/発表者名
      Eiichi Sasaki, Genta Kawahara, Javier Jimenez
    • 学会等名
      International Workshop on Theoretical Aspects of Near-Wall Turbulence Studies
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-28 – 2016-06-30
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optimal heat transfer enhancement in wall-bounded shear flow2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Genta Kawahara, Masaki Shimizu
    • 学会等名
      International Workshop on Theoretical Aspects of Near-Wall Turbulence Studies
    • 発表場所
      関西セミナーハウス(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-28 – 2016-06-30
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Onset of chaotic reversals in thermal convection2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Cho, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      International Symposium on Near-Wall Flows: Transition and Turbulence
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-20 – 2016-06-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Strong dependence of the lifetime with the domain size in plane channel flow2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kanazawa, Masaki Shimizu, Genta Kawahara
    • 学会等名
      International Symposium on Near-Wall Flows: Transition and Turbulence
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-20 – 2016-06-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Upper bound for heat transfer in plane Couette flow2016

    • 著者名/発表者名
      Shingo Motoki, Genta Kawahara, Masaki Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium on Near-Wall Flows: Transition and Turbulence
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-20 – 2016-06-22
    • 国際学会
  • [学会発表] An unprecedented turbulent state in plane Couette flow2016

    • 著者名/発表者名
      Daiki Watanabe, Genta Kawahara, Masaki Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium on Near-Wall Flows: Transition and Turbulence
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-06-20 – 2016-06-22
    • 国際学会
  • [学会発表] An attempt at theoretical identification of the onset of transient turbulence in wall-bounded shear flows2016

    • 著者名/発表者名
      Genta Kawahara
    • 学会等名
      IST Seminar
    • 発表場所
      ウィーン(オーストリア)
    • 年月日
      2016-05-30 – 2016-05-30
    • 招待講演
  • [学会発表] 多孔質チャネル乱流における非相似的な熱運動量輸送2016

    • 著者名/発表者名
      河原源太, 長谷川久晃, ウルマン マルクス, 加藤健司
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      グランキューブ大阪(大阪府・大阪市)
    • 年月日
      2016-05-24 – 2016-05-26
  • [学会発表] 平行平板間クエット流れにおける最適熱輸送2016

    • 著者名/発表者名
      本木慎吾,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      グランキューブ大阪(大阪府・大阪市)
    • 年月日
      2016-05-24 – 2016-05-26

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公開日: 2018-01-16  

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