2019 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of whole evolution process of cloud droplets and turbulent mixing in cloud microphysics simulator
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15H02218
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
後藤 俊幸 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70162154)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉野 正人 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00324228)
渡邊 威 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30345946)
三浦 英昭 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (40280599)
齋藤 泉 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70798602)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 雲乱流 / 乱流混合 / 雲粒子 / 雲粒径分布 / ダムケラ数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
雲乱流内における過飽和度揺らぎの雲粒径分布に及ぼす影響を，雲粒子半径2乗の確率密度関数のフォッカープランク方程式による理論，雲マイクロ物理シミュレータ（CMS)によるシミュレーションおよびミシガン工科大での室内実験と比較しつつ解析した．重力沈降により雲粒子が乱流中から取り除かれる場合，大きい半径での粒径分布は正規分布よりも速く減衰することが理論より予測され，CMSと室内実験ともにこれを確認した．雲粒径分布関数の広がりはダムケラ数（Da=過飽和度揺らぎのラグランジュ相関時間/過飽和度の相変化の特性時間）が大きい場合に半径の2乗分散は時間の1/3でゆっくりと広がることが，理論およびCMSで確認できた．
過飽和度などのスカラー乱流場の強いゆらぎ生成の物理的機構を探るため，非圧縮パッシヴベクトル場を導入して調べた．このゆらぎの２，3次までのモーメントは速度場やスカラー場とほぼ同様の振る舞いをする一方，高次モーメント（強い揺らぎ）ではパッシヴベクターのスケーリング指数は速度とスカラーの中間にあることが分かった．強い揺らぎは方程式の線形性と密接な関係にあることが分かった．さらに，鉛直方向に一様平均スカラー勾配がある場合，低シュミット数のスカラー揺らぎには勾配方向に沿った巨大な空間構造が形成されることが見出された．
改良二相系LBMにより微小水滴の衝突・合体計算をウェーバー数1の時に行い，オフセット数が1以下でも，レイノルズ数が1以下では合体しない場合があることが分かった．有限サイズの固体粒子群と乱流の大規模計算を行い，乱流エネルギーのスケール間輸送についても質点近似計算と粒子解像計算とが一致することを確認した．また，固体粒子による乱流強度はダムケラ数（Da=乱流積分長時間流体緩和時間）の増大と共に減衰することが理論および大規模シミュレーションにより検証された．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
雲粒径分布関数の粒子数密度依存性についてミシガン工科大学の室内実験と本研究で開発した雲マイクロ物理シミュレータによる計算結果および理論解析結果を共同で解析した成果が共著論文として出版された．3rd International Workshop on Cloud Turbulenceを開催予定であったがCOVID19により開催中止．講演者の了解のもとアブストラクト提出をもって講演成立とした．
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