プラズマ乱流におけるスケール混合を伴う構造形成

等离子体湍流中尺度混合的结构形成

基本信息

批准号：
21K03509
负责人：
佐々木真
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究により以下の成果が上がった。(1) 帯状流による乱流の空間孤立化・空間伝播の選択則を明らかにした。本過程は波動運動論に基づく位相空間における乱流捕捉効果により得られた。トロイダルプラズマを考える事で、帯状流は静的帯状流とGAMと呼ばれる振動ブランチを持つ。この帯状流の選択則によって、静的帯状流が駆動される場合は乱流の空間孤立、GAMが駆動される場合は乱流の弾道伝播が得られることを示した。(2)ストリーマと乱流の相互作用について、乱流捕捉効果の効果を導入した理論解析を行なった。ストリーマ構造内における乱流の捕捉を確認し、実験で観測されている乱流伝播と類似したダイナミクスを見出すことができた。(3) 帯状流と階段状分布の相互作用に新古典効果を導入することで、平均流と帯状流の相互作用の研究に進展があった。今後、詳細を論文化する予定である。(4) データ駆動科学に基づき、乱流輸送の位相ダイナミクスを抽出する手法を開発した。本手法は特異値分解(Singular Value Decomposition)をmulti-fieldに適用できる形で拡張した。開発した手法はプラズマ実験における乱流データに適用され、その有用性が確認された。本手法により、少数自由度で輸送ダイナミクスを解析することが可能となる。

这项研究产生了以下结果。 (1)明确了纬向流引起的湍流空间隔离和空间传播的选择规则。这一过程是基于波动力学理论，利用相空间的湍流俘获效应得到的。通过考虑环形等离子体，层流具有静态层流和称为 GAM 的振荡分支。结果表明，通过这种层流选择规则，当驱动静态层流时可以获得湍流的空间隔离，而当驱动GAM时可以获得湍流的弹道传播。 (2)我们对流注与湍流之间的相互作用进行了理论分析，其中考虑了湍流捕获的影响。我们确认了拖缆结构内湍流的捕获，并发现了与实验中观察到的湍流传播类似的动力学。 (3)将新古典效应引入到纬向流与阶梯分布的相互作用中，在平均流与纬向流相互作用的研究上取得了进展。我们计划将来在论文中发布详细信息。 (4)我们开发了一种基于数据驱动科学的提取湍流传输相动力学的方法。该方法以可应用于多领域的方式扩展了奇异值分解。所开发的方法应用于等离子体实验中的湍流数据，并证实了其有效性。这种方法使得分析具有少量自由度的运输动力学成为可能。