求心衝撃波に伴う界面不安定性と渦ダイナミックスの大規模分子動力学シミュレーション

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380211
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 西原 功修 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授 (40107131)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ZHAKHOVSKII Vasi 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 学振外国人招聘研究者 ; 長友 英夫 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 助手 (10283813) ; 村上 匡且 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 助教授 (80192772)
• Keywords: 渦シート / レーリー・テーラー不安定性 / リヒトマイヤー・メシュコフ不安定性 / GRIDコンピューティング / 分子動力学シミュレーション / 非一様渦 / 粒子拡散 / 動的領域分割

Research Abstract

レーザー核融合の燃料爆縮過程、あるいは超新星爆発などで生じるレーリー・テーラー不安定性(RTI)、あるいはリヒトマイヤー・メシュコフ不安定(RMI)性の非線形発展について、渦の生成と渦のダイナミックスの観点から理論解析を行い、また分子動力学(MD)シミュレーションを行った。主な成果は以下のとおりである。
1.GRIDコンピューティングによる大規模分子動力学シミュレーショシ;時間的に変動する計算機環境に対応することのできる動的領域分割手法を開発し、SUPER SINETで接続された東北大学と大阪大学のスーパーコンピュータを用いて、大勢のユーザーが使用している環境で性能を評価した。その結果は、国際会議で発表する予定である。
また、レーリー・テーラー不安定性のMDシミュレーションを世界で始めて行い境界面での渦生成に伴う粒子拡散の増大を観測した。
2.密度のとびを伴う非一様渦シートの非線形ダイナミックス;密度のとびを伴う非一様渦シートでは、渦度の生成・消滅が生じるが、そのダイナミックスを記述する理論モデルを構築した。特異点が存在するため、その数値解析は容易ではないが、勾配の計算に改良を加えるなどの努力を行っている。
また、RMIについては、境界面での初期渦とバルクでの渦との相互作用によって、線形成長が生じないフリーズアウト解が存在することを明らかにし、その条件などを示した。これについては論文を執筆中である。
縦渦の生成に着目して、二つの高調モードを初期に与えた系に対するレーリー・テーラー不安定性のシミュレーションを行い、縦渦の生成機構などを平面と球形状についてその異なる点などを解析中である。

Research Products

• [Publications] T.Ikegawa, K.Nishihara: "Saturation and Postsaturation Phenomena of Rayleigh-Taylor Instability with Adjacent Modes"Physical Review E. 67. 026404-1-11 (2003)
• [Publications] C.Matsuoka, K.Nishihara, Y.Fukuda: "Nonlinear Evolution of an Interface in the Richtmyer-Meshkov instability"Physical Review E. 67・3. 036301-1-14 (2003)
• [Publications] S.Abarazhi, K.Nishihara, J.Glimm: "Rayleigh-Taylor and Richtmyer-Meshokov Instabilities for Fluids with a Finite Density Ratio"Physics Letters A. 317・5. 470-476 (2003)
• [Publications] S.Fujioka et al.: "First Observation of Density Profile in Directly Laser-Driven polystyrene Targets for Ablative Rayleigh-Taylor Instablity"Physics of Plasmas. 10・12. 4784-4789 (2003)
• [Publications] S.Zhang, N.J.Zabusky, K.Nishihara: "Vortex Structures and Turbulence Emerging in a Supernova 1987a Configuration : Interactions of "Complex" Blast Waves And Cylindrical/Spherical Bubbles"Laser and Particle Beams. 21・3. 471-477 (2003)
• [Publications] S.Anisimov et al.: "Destruction of a Solid Film under the Action of Ultrashort Laser Pulse"JETP Letters. 77・11. 606-610 (2003)