A new scenario of dust growth in protoplanetary disks explored through large-scale direct numerical simulations of turbulence

通过大规模湍流直接数值模拟探索原行星盘中尘埃生长的新场景

• 批准号: 20H01948
• 负责人: 石原 卓
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01948/
• 关键词: 原始惑星系円盤; ダスト粒子; 乱流; 大規模シミュレーション; 微惑星形成; ダスト成長; 大規模直接数値計算

原始惑星系円盤のダスト成長の新シナリオ構築のため乱流の大規模直接数値計算（DNS）を活用した研究を進めている。本研究では高レイノルズ数の乱流 (格子点数4096の3乗、Re=36500) のDNSにおいて、膨大な数（2048の3乗個×慣性の大きさの異なる8種類）の慣性粒子の運動を追跡し、渦度の強さと慣性粒子の付着率に負の相関があることを確認し、渦から弾き出された場所でダストの低速衝突が起きうることを示唆する結果を得た。衝突相対速度が大きいため付着率が小さいと思われていたサイズの大きい粒子ほど、この相関が特に強いことから慣性の大きい粒子が渦から弾き出されて集中する非アクティブ領域においてダストが寡占的に成長する可能性が示唆された。そこで、付着成長が進む領域において慣性粒子の運動を解析した結果、乱流による慣性粒子のクラスタリング効果によって、粒子密度が最大で平均の数十倍になり、低速での衝突数が多い領域が存在することが分かった。また、高レイノルズ数乱流では渦クラスタ構造が形成され、その内外での渦度の強さによる領域の二極化が進んでいることを確認した。そして、高レイノルズ数乱流の渦度の小さい領域における粒子の運動では特に系全体の付着率に比べ、かなり高い付着率が得られること、および、このような領域では、付着成長して大きくなった粒子の増加率が高く、粒子が寡占的に成長する可能性が高いことが分かった。なお、乱流による慣性粒子のクラスタリング効果で渦度の小さい領域に一旦集中した粒子はその後の相対拡散が、平均的な相対拡散より抑制されることを示す結果を乱流DNSによる粒子の時系列データの解析から得ている。

The growth of primitive galaxies, the growth of galaxies, large-scale turbulence, direct numerical calculation (DNS). In this study, the number of turbulent flow (grid points 4096: 3, Re=36500), the number of DNS, the number of inflated particles (more than 3 × 10: 3, etc.), the number of strong particles, the rate of strong particles, the rate of payment, the number of particles, the number of particles Please tell me that the results of the test show that the results of the test are good. The higher the speed, the higher the rate of payment. the higher the speed, the higher the rate of payment. the higher the speed, the higher the payoff rate, the higher the speed, the higher the speed, the higher the payoff rate, the higher the speed, the higher the speed, the higher the payoff rate, the higher the speed, the higher the speed, the higher the payoff rate, the higher the speed, the higher the payoff rate, the higher the particle size, the higher the particle size. It is necessary to analyze the results of the dynamic analysis of particles in the field of growth, the results of the dynamic analysis of turbulent particles, the maximum density of particles, the average temperature of dozens of times, and the number of low-speed drops. there is a cluster analysis in multiple fields. The number of high-speed and high-speed turbulence is high, and the internal and external temperature of the system is very high. In terms of the number of turbulence, high temperature, high temperature, As soon as the concentration of particles is concentrated and the particles disperse after each other, the average phase dispersion test results show that the analysis of the series of particles is effective in the case of turbulent DNS particles.

项目成果

原始惑星系円盤における乱流とダスト成長

原行星盘中的湍流和尘埃生长

• 发表时间: 2022
• 作者: 河原昌平;梅村雅之;石原卓
• 通讯作者: 石原卓

一様等方性圧縮等温乱流の直接数値シミュレーション

均匀各向同性压缩等温湍流的直接数值模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: 元塚 博貴;櫻井 幹記;石原 卓
• 通讯作者: 石原 卓

宇宙物理における乱流現象解明のための計算科学 ー原始惑星系円盤乱流中のダスト成長ー

阐明空间物理学中的湍流现象的计算科学 - 原行星盘湍流中的尘埃生长 -

• 发表时间: 2021
• 作者: 有賀麻貴;福井康雄;佐野栄俊;早川貴敬;立原研悟;井上剛志;Gavin Rowell;Sabrina Einecke;星野 亮;池田思朗;石原 卓
• 通讯作者: 石原 卓

乱流の大規模DNSを用いた大気汚染物質拡散データベースの構築

利用大规模湍流DNS构建空气污染物扩散数据库

• 发表时间: 2020
• 作者: Ando Hiroki;Fujisawa Yukiko;Sugimoto Norihiko;Takagi Masahiro;Matsuda Yoshihisa;池田思朗;梅畑豪紀;石原 卓
• 通讯作者: 石原 卓

Delft University of Technology(オランダ)

代尔夫特理工大学（荷兰）