2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study of unified numerical schemes for numerical simulations of electromagnetic fluid plasma: From MHD to multi fluids
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15K13572
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
梅田 隆行 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 講師 (40432215)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プラズマ・核融合 / 宇宙科学 / ハイパフォーマンス・コン ピューティング / 超高層物理学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電磁流体プラズマシミュレーションと運動論プラズマシミュレーションとの間で生じる計算結果の違いに着目し、運動論方程式であるブラソフ方程式から電磁流体方程式を導く過程で近似・消失した項について解析を行った。この導出過程で消失した応力テンソル項及び熱輸送テンソル項について、磁気流体力学スケールのレイリー・テイラー不安定性の第一原理運動論ブラソフシミュレーション結果を用いて定量的な評価を行った。その結果、イオン及び電子の応力テンソル項は磁気流体スケールのレイリー・テイラー不安定性の発達にはほとんど影響しないことが分かった。一方で、イオンの熱輸送テンソルは粒子スケールの二次的な不安定性を発生させる際の要因となっていることを明らかにした。
さらに、前年度に行ったイオンジャイロ半径スケールおよびイオン慣性スケールの２通りのレイリー・テイラー不安定性の第一原理運動論ブラソフシミュレーション結果をより詳細に解析した。イオンジャイロ半径スケールのシミュレーションでは、磁気流体スケールの場合と同様にイオンの応力テンソル項は小さな値であった一方で、電子の応力テンソル項および熱輸送テンソル項が無視できない値を示し、二次的な温度勾配不安定性を引き起こすことを示唆した。イオン慣性スケールのシミュレーションでは、レイリー・テイラー不安定性によって生じる密度擾乱の構造がホール効果によってイオンジャイロ運動とは逆向きに曲げられ、二次的なケルヴィン・ヘルムホルツを引き起こすことを示した。
これらの結果より、従来の流体シミュレーションでは無視されている熱輸送テンソル項が、運動論と流体力学を分けている１つの要因となっており、熱輸送テンソルの時間発展を含めて新たな電磁流体プラズマコードを開発する必要があることが分かった。
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