2010 Fiscal Year Annual Research Report
非定常乱流「レイリー・テイラー乱流」の時空間スケーリング則
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21740290
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松本 剛 京都大学, 理学研究科, 助教 (20346076)
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| Keywords | 乱流の統計理 |
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| Research Abstract |
レイリー・テイラー乱流(Rayleigh-Taylor turbulence、以下RT乱流)とは、重力の影響下で上に重い流体を置き、下に軽い流体を置いたのちに発達する乱流で、日常にありふれた機構でおこされる乱流である。しかし、RT乱流は時間とともに大きく変化する非定常性と、重力という空間的非等方性が特徴である。この特徴は標準的な乱流理論の枠組を越えるもので、RT乱流の理解を通じてこの突破を目指す。本年度は、(ア)上下流体の密度差が大きい場合(アトウッド数0.5)のRT乱流のスーパーコンピュータを用いた大規模数値シミュレーション(イ)乱流可解モデルによるRT乱流の密度場の解析を行った。(ア)の結果:高密度差二流体の混合(RT乱流もその一形態)は低密度差の場合とは質的に異なることが近年指摘されている。本研究でも高密度差RT乱流の統計量が低密度差とは異なることが観測された。場には非等方性が持続され、統計量が強くこの影響を受ける。特に2地点間の密度と速度の差のモーメント量の時空間スケーリング指数が従来予想とは異なる値となった。低次モーメント量からの解釈は、標準乱流理論によるスケーリング則(コルモゴロフ則)と成層乱流で予想されているスケーリング則(ボルジャーノ・オブコフ則)の混在である。この混在の詳細、および高次モーメントの異常スケーリングは従来とは異なる知見を与え、熱対流や混合層乱流などの他系への応用も考えられる。(イ)の結果:低密度差RT乱流の密度揺らぎの時空間スケーリング則の物理機構を探るため、定常乱流で輸送されるスカラー量の可解モデルをRT乱流を模擬する非定常乱流へと拡張した。次に流体粒子描像(ラグランジュ描像)を通して密度揺らぎのスケーリング則を外力特徴スケールの関数として確率シミュレーションする標準的な方法を、このモデルに適用した。結果はRT乱流の結果を再現し異常スケーリングについて既知の受動スカラーの機構と類似であることが示唆された。
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Research Products
(2 results)
