雲乱流統計理論の応用による混相流における乱流変調の解明

本年度はまず、ラグランジュ描像に基づく高シュミット数スカラー乱流シミュレーションの問題に取り組んだ。前年度の小規模計算の結果を土台とし、格子点数1024および2048の3乗の大規模シミュレーションを実施し、テイラー長レイノルズ数で最大約550の乱流を実現した。統計的平衡状態におけるスカラー分散スペクトルを調べたところ、高波数側には-1、低波数側には-5/3の傾きを示し、二つの傾きの境目はコルモゴロフ長で規格化した波数でおよそ0.04であった。-1と-5/3の傾きは、それぞれ乱流理論で予測されるバチェラースペクトル、オブコフ・コアシンスペクトルと整合的である。また二つの傾きの波数領域から評価された無次元定数も、先行研究の結果と整合的であった。更に、スカラー分散の輸送フラックスや３次混合構造関数からも、乱流理論の予測との整合性を確かめることができた。次に、雲乱流環境内における過飽和度揺らぎのラグランジュ的自己相関時間に対する、雲粒の凝縮・蒸発による変調の影響を調査した。まず最も単純な状況として粒子が流体粒子として運動する場合を考え、格子点数128から512の3乗の比較的小規模な格子点数でパラメータスウィープ実験を行い、雲粒の凝縮・蒸発による過飽和度ゆらぎのラグランジュ的自己相関時間の変調について調査した。得られた変調の特徴は雲パラメタリゼーションのための統計モデルの予測と良く一致しており、統計モデルの妥当性を直接数値シミュレーションによって検証することができた。

本年度はまず、ラグランジュ描像に基づく高シュミット数スカラー乱流シミュレーションの問題に取り組んだ。前年度の小規模計算の結果を土台とし、格子点数1024および2048の3乗の大規模シミュレーションを実施し、テイラー長レイノルズ数で最大約550の乱流を実現した。統計的平衡状態におけるスカラー分散スペクトルを調べたところ、高波数側には-1、低波数側には-5/3の傾きを示し、二つの傾きの境目はコルモゴロフ長で規格化した波数でおよそ0.04であった。-1と-5/3の傾きは、それぞれ乱流理論で予測されるバチェラースペクトル、オブコフ・コアシンスペクトルと整合的である。また二つの傾きの波数領域から評価された無次元定数も、先行研究の結果と整合的であった。更に、スカラー分散の輸送フラックスや３次混合構造関数からも、乱流理論の予測との整合性を確かめることができた。次に、雲乱流環境内における過飽和度揺らぎのラグランジュ的自己相関時間に対する、雲粒の凝縮・蒸発による変調の影響を調査した。まず最も単純な状況として粒子が流体粒子として運動する場合を考え、格子点数128から512の3乗の比較的小規模な格子点数でパラメータスウィープ実験を行い、雲粒の凝縮・蒸発による過飽和度ゆらぎのラグランジュ的自己相関時間の変調について調査した。得られた変調の特徴は雲パラメタリゼーションのための統計モデルの予測と良く一致しており、統計モデルの妥当性を直接数値シミュレーションによって検証することができた。