強弱乱流の遷移領域での実空間および波数空間の局所非等方エネルギー輸送機構の解明

强弱湍流过渡区实空间和波数空间局域各向异性能量输运机制的阐明

基本信息

批准号：
21K03883
负责人：
横山直人
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tokyo Denki 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 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03883/
关键词：
強弱乱流非等方エネルギー輸送準地衡流乱流臨界平衡

项目摘要

本年度は、Charney-Hasegawa-Mima(CHM)方程式に従う準地衡流乱流において、我々の提案する波数空間における局所フラックスベクトルの同定方法を、エネルギー、エンストロフィ、ゾノストロフィの正定値2次の(準)保存量に対して適用し、大規模構造の生成維持機構とエネルギー輸送の関係を定量的に調べた。この系は、帯状流と呼ばれる系の特徴的な方向に一様な流れと低波数(大スケール)領域の非等方性の強い波動、高波数(小スケール)領域の統計的に等方な渦によって構成される2次元非等方異種共存乱流である。エネルギーやゾノストロフィの局所フラックスベクトルは、高波数から低波数へ等方的に逆カスケードした後、波数の絶対値がラインズ波数の大きさ程度まで小さくなると向きを変え、帯状流へのエネルギー輸送を示した。また、ラインズ波数よりも小波数領域にある、ロスビー波の周期より短い特性時間を持つ渦も同様に、ラインズ波数と同程度の絶対値の波数に沿って帯状流へと至るエネルギー輸送を示した。critical balance(臨界平衡)は、波動と渦の時間スケールが一致する波数に沿ったエネルギーフラックスを予想し、この波数は準地衡流乱流では2次元波数空間内のダンベル形状となる。一方、局所フラックスベクトルは、ラインズ波数と同程度の絶対値を持つ波数、すなわち、円周状のフラックスを示した。このことは、波動乱流と渦乱流の間のエネルギー輸送を予想した臨界平衡を定性的には支持するものだが、定量的には、臨界平衡と局所フラックスベクトルとでは異なる波数領域での強いエネルギー輸送を示す結果となった。これらの結果を2件の国際会議を含む国内外の会議で発表し、学術論文として投稿する準備を進めている。

今年，在遵循查尼-长谷川-美马（CHM）方程的准地转湍流中，我们将应用我们提出的方法来识别波数空间中的局部通量矢量，以解决正定二次（准二次）能量、熵和带营养学）我们将其应用于守恒量，定量研究了大型结构的生成和维持机制与能量传输之间的关系。该系统在特征方向上具有均匀流，称为纬向流，在低波数（大尺度）区域具有强各向异性波，在高波数（小尺度）区域具有统计各向同性波，是二维各向异性。由涡流组成的非均质湍流。能量或带状营养的局部通量矢量从高波数到低波数各向同性级联，然后当波数的绝对值减小到约线波数的大小时改变方向，表明能量传输到带状流中。此外，特征时间短于罗斯贝波周期的涡旋，其位于小于线波数的波数区域，同样表现出沿着绝对值与线波数相似的波数向纬向流的能量传输。临界平衡预测沿波数和涡流时间尺度重合的波数的能量通量，并且该波数在准地转湍流的二维波数空间中呈哑铃形。另一方面，局部磁通矢量表现出绝对值与线波数相当的波数，即周向磁通。这在定性上支持了对于波湍流和涡流湍流之间的能量传输所预测的临界平衡，但在定量上，临界平衡和局部通量矢量表明存在强烈的能量传输。这些成果将在国内和国际会议上发表，其中包括两次国际会议，并正在准备作为学术论文提交。