原始惑星系円盤中の微惑星形成における衝突破壊問題解決のための乱流シミュレーション

解决原行星盘中星子形成碰撞破坏问题的湍流模拟

• 批准号: 20J13073
• 负责人: 櫻井 幹記
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13073/
• 关键词: 乱流; 大規模直接数値計算; 慣性粒子; 流れ構造; 圧縮性乱流; 普遍性; 微惑星形成; 原始惑星系円盤; 直接数値計算

惑星形成の標準モデルによると、微惑星は原始惑星系円盤中の乱流によって駆動されるダスト粒子の衝突合体によって形成されたと考えられている。そのため、乱流中のダスト粒子の振る舞い、および、乱流の普遍性を解明することは重要である。本年度は、(1)乱流中の様々なスケールの流れ構造と粒子運動の関係の定量化、(2)天文分野でしばしば用いられる等温を仮定した圧縮性乱流場の解析を行った。(1)では、慣性を持つ粒子を伴う非圧縮性乱流の直接数値計算(DNS)で得られたデータを解析した。速度場を粗視化することで様々なスケールの流れ構造を抽出したところ、粗視化された渦領域では慣性の大きい粒子の存在確率が小さいことが示された。また、粗視化された渦周りの粒子数密度を調べたところ、渦周りで低密度領域を形成する粒子の慣性は粗視化度合いの増加に伴って大きくなることがわかった。以上の結果は、粒子は主にその慣性の大きさに対応するスケールの渦によって排出されるという共鳴条件の仮説が粗視化された渦において成立することを示したものであり、乱流中の様々なスケールの渦構造と粒子運動の関係を示す重要な知見を与えるものであると考えられる。(2)では、スーパーコンピュータ「富岳」を用いることで、等温を仮定した圧縮性乱流の大規模DNSを実施し、得られた統計量を非圧縮性乱流の統計量と比較した。その結果、圧縮性乱流の速度場のソレノイダル成分で計算されるエネルギースペクトルおよび規格化されたエネルギー散逸率のソレノイダル成分は、非圧縮性乱流場のエネルギースペクトルおよび規格化されたエネルギー散逸率とそれぞれよく一致することがわかった。これは、高レイノルズ数における圧縮性乱流場の普遍性に対して重要な知見を与えるものであると考えられる。一方、乱流場の圧縮成分の普遍性を探究するにはさらに高いレイノルズ数を実現する必要があり、今後の課題である。

The standard of star formation and the turbulence in the disk of primitive star system are studied. The importance of turbulence in particle vibration and its universality This year, we have carried out (1) the quantification of the relationship between the structure of turbulent flow and particle motion, and (2) the analysis of compressed turbulent flow in astronomical fields. (1)Direct numerical calculation (DNS) of non-compressible turbulence with inertial particles The velocity field is coarsely visualized and the flow structure is extracted. The coarse visualization shows the existence of large inertial particles in the vortex field. The number density of particles in the vortex is adjusted, and the inertia of particles in the vortex is increased. The above results show that the relationship between particle motion and vortex structure is important for understanding the relationship between particle motion and vortex structure (2)A large scale DNS implementation, a statistical comparison of non-compressive turbulence As a result, the calculated and normalized aerodynamic components of the velocity field of compressional turbulence and the normalized aerodynamic dissipation rate are consistent with the calculated and normalized aerodynamic components of the velocity field of non-compressional turbulence. The universality of compressive turbulence is important for understanding and understanding. On the one hand, it is necessary to explore the universality of the compression component of chaotic flow, but also to realize high noise levels, and future issues are also discussed.

项目成果

Effects of the Compressibility of Turbulence on the Dust Coagulation Process in Protoplanetary Disks

• DOI: 10.3847/1538-4357/abe9ba
• 发表时间: 2021-04
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Yoshiki Sakurai;T. Ishihara;Hitomi Furuya;M. Umemura;K. Shiraishi

乱流中の多重スケール流れ構造と粒子衝突統計の関係についての数値解析

湍流中多尺度流动结构与粒子碰撞统计关系的数值分析

• 发表时间: 2020
• 作者: Ishiguro Masateru;Bach Yoonsoo P;Geem Jooyeon;Naito Hiroyuki;Kuroda Daisuke;Im Myungshin;Lee Myung Gyoon;Seo Jinguk;Jin Sunho;Kwon Yuna G;Oono Tatsuharu;Takagi Seiko;Sato Mitsuteru;Kuramoto Kiyoshi;Ito Takashi;Hasegawa Sunao;Yoshida Fumi;他12名;櫻井 幹記,石原 卓
• 通讯作者: 櫻井 幹記,石原 卓

乱流中の多重スケール流れ構造と粒子衝突統計のDNSデータ解析

湍流中多尺度流动结构和粒子碰撞统计的DNS数据分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 櫻井幹記;石原卓
• 通讯作者: 石原卓

Particle collision statistics in multiscale turbulent flow structures

多尺度湍流结构中的粒子碰撞统计

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoshiki Sakurai;Naoki Kobayashi;Takashi Ishihara
• 通讯作者: Takashi Ishihara

一様等方性圧縮性乱流の直接数値シミュレー ション

均匀各向同性可压缩湍流的直接数值模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: 櫻井 幹記;石原 卓;横川 三津夫
• 通讯作者: 横川 三津夫