Incorporation of nonlocal interactions using nonlinear solutions into the flow of conserved turbulent quantities in wavenumber space

使用非线性解将非局域相互作用纳入波数空间中守恒湍流量的流动中

• 批准号: 22K03460
• 负责人: 高岡 正憲
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Doshisha University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03460/
• 关键词: 異種共存乱流; 局所フラックスベクトル; 臨界平衡; 準地衡乱流; ドリフト波; Rossby波; ３波相互作用; 乱流; 保存量; 波数空間; 非局所相互作用; 非線形解

多くの乱流では、大スケールに非等方性の波動乱流と小スケールに等方性の渦乱流とが共存した異種共存乱流となっている。我々は、こういった異種共存乱流における保存量の非等方なカスケードを定量化する手法として、局所フラックスベクトルを提案した。他方、弱乱流理論において共鳴相互作用が重要な役割をすることから、異種共存乱流でも非局所相互作用が無視できない状況があると考えられる。このようなの状況も扱えるような定量化法を提案することを目的として取り組んでいる。Charney-Hasegawa-Mima(CHM)方程式は、磁化プラズマ中のドリフト波や準地衡流中のRossby波に対して導かれ、異種共存乱流を示す最も簡単な系の一つである。非等方性を表す線形のβ項が加わった式であるが、2次元Navier-Stokes方程式と同様にエネルギーとエンストロフィの2重カスケードが可能である。また、1991年頃にBalkらにより、この系にはゾノストロフィと呼ばれる準保存量があることが指摘され、3重カスケードも調べられるようになってきた。外力と散逸を加えて統計的定常状態にある3重カスケードを示す乱流を、局所フラックスベクトルを用いることで、各保存量のカスケードの等方および非等方構造を明らかにした。特に、エネルギーとゾノストロフィはRhines波数よりも低波数領域で非等方構造を示すことや、カスケードが流れ込む波数と実空間の帯状流の周期との関係を明らかにした。また、Rossby半径（プラズマではLarmor半径）に相当するスケール付近でエネルギー逆カスケードがブロック（阻害）されることは知られていたが、Rossby半径に相当するパラメターを変更して局所フラックスベクトルを調べることにより、エネルギーのブロッキングと非等方カスケードとの関係を明らかにした。これらの研究成果は国際学会2件と国内学会１件として公表した。

在许多湍流中，环境波湍流的异源共存与大规模各向异性波湍流和小型各向同性湍流共存。我们提出了一种局部通量载体，作为在这种异源共存湍流中量化各向异性级联质量的方法。另一方面，由于共振相互作用在弱湍流理论中起着重要作用，因此人们认为在某些情况下，即使在异源共存湍流中，非本地相互作用也不能忽略。该公司正在努力提出可以处理此类情况的量化方法。 Charney-Hasegawa-Mima（CHM）方程是显示出异质共存的湍流的最简单系统之一，在准地球群流中被磁化等离子体中的漂移波和Rossby波的漂移引导。该方程包括代表各向异性的线性β项，但可以双重级联能量和肠双级别，类似于二维Navier-Stokes方程。此外，大约在1991年，Balk等人。指出该系统的半固定量称为Zonostophy，也可以进行三重级联反应。使用外部力和耗散的湍流在统计稳态中表现出三重级联反应，用于阐明每个保守量的级联反应的各向同性和各向异性结构，并使用局部通量载体。特别是，能量和Zonostrophes比Rhines WaveNumber在较低的波数区域中表现出各向异性结构，并且阐明了级联流动流与真实空间中带状电流的波数之间的关系。还知道，在与Rossby Radius（等离子体中的Larmor半径）相对应的尺度附近，能量逆级联反向级联反向级联，但是通过更改与Rossby Radius相对应的参数以检查局部磁通量以检查局部磁通量，我们阐明了能量阻断和齿轮层之间的关系。这些研究结果发表在两个国际学术社会和一个国内学术社会中。

项目成果

準地衡乱流における保存量の局所フラックスと帯状流の生成維持機構

准地转湍流守恒量的局域通量及纬向流的产生和维持机制

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Takaoka;N. Yokoyama;E. Sasaki;高岡正憲
• 通讯作者: 高岡正憲

Local Fluxes of Conserved Quantities Started from Localized Initial Spectra in Charney-Hasegawa-Mima Turbulence

查尼-长谷川-美马湍流中从局域初始谱开始的守恒量的局域通量

• 发表时间: 2022
• 作者: Shota Mayahara;Makoto Sato;14th European Fluid Mechanics Conference
• 通讯作者: 14th European Fluid Mechanics Conference