波浪を介した大気海洋間運動量輸送の数値的研究

海洋-大气动量通过波浪传递的数值研究

• 批准号: 22K20385
• 负责人: 藤原 泰
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20385/
• 关键词: 波浪; 大気海洋相互作用; 数値シミュレーション; 境界層乱流

2022年度は、本研究の基盤となる大気・海洋結合波解像数値モデルの開発に取り組んだ。まず、境界追従座標系に基づく離散化のもと気液2相流のNavier-Stokes方程式を解く定式化を構築した。その中で、圧力変数を従来の通り格子中心に配置するだけでなく、気液境界面にも未知変数として設定することで、境界面変位の運動学的接続条件が高精度に満たされるような工夫を行った。考案した計算スキームの有効性を検証するために、開発が容易なインタプリタ言語でプロトタイプモデルを構築し、理論的に振る舞いがわかっているケースを用いたベンチマーク試験を行った。その結果、界面重力波・Kelvin-Helmholtz不安定の線形分散関係や、風波発達の理論的説明として有力視されているMilesの不安定機構が、リーズナブルな時空間解像度で高精度に再現されることを確認した。これは、境界追従座標の採用と、圧力解法における運動学的接続条件の要求によって、比較的粗い空間解像度でも空気と水の分布の数値的拡散が抑えられたためと考えられる。プロトタイプモデルで計算スキームの有効性が確認されたことから、コンパイラ言語を用いた本番モデルの構築を開始し、おおむね完成までこぎつけた。その中で、大気・海洋結合による大気乱流への影響を明快にするために、下端境界条件として波運動を与える大気側単体の波解像数値計算の設定も行えるようなモデルにするという方針を立て、定式化開発・実装を行った。これによって、大気・海洋運動の双方向相互作用の効果の有無を切り替えた対照実験が行えるほか、必要に応じて海洋側の運動を計算するコストを削減でき、より多様な数値シミュレーションが行えるようになる。上記の成果は、随時国内の研究集会・学会で報告を行っている。

In 2022, the foundation of this research and the development of numerical values of atmospheric and ocean combined wave solutions will be developed. The Navier-Stokes equations for two-phase flow of gas and liquid are solved and formulated by discretization of the basic coordinate system. In addition, the number of pressure changes from the center of the grid is set to the unknown number of fluid interfaces, and the kinematic conditions of the boundary surface are set to the high precision. It is easy to construct and use the theory of language in the process of calculation and analysis. The results show that the linear dispersion relation of Kelvin-Helmholtz instability and the theory of wind wave generation are explained, and the unstable mechanism of Miles is confirmed with high precision and spatial resolution. The solution of the boundary tracking coordinates is based on the kinematic connection conditions. The spatial resolution of the boundary tracking coordinates is based on the spatial dispersion of the boundary tracking coordinates. The construction of this article begins and ends with the confirmation of the validity of the article. The influence of large turbulence on the medium, large and large ocean combination is clear, the lower boundary conditions, the wave motion, and the wave resolution calculation of the large side single body are set, and the policy is established, formulated, and implemented. The existence or absence of effects of two-way interaction of ocean motion in the ocean is discussed in detail below. The results of the above report are available at any time for domestic research meetings and societies.

项目成果

界面追従座標に基づく気液結合境界層数値モデルの開発

基于界面跟踪坐标的气液耦合边界层数值模型的建立

• 发表时间: 2023
• 作者: Tomoya Naito;Gianluca Colo;Haozhao Liang;Xavier Roca-Maza;and Hiroyuki Sagawa;内藤智也;Tomoya Naito;辻直希;Tomoya Naito;Keita Mizukoshi;辻直希;Tomoya Naito;辻直希;Tomoya Naito;Naoki Tsuji;内藤智也;Alexandre Cauquoin;Alexandre Cauquoin;Alexandre Cauquoin;Estimating electrical resistivity and tortuosity of sandstone using digital rock physics;Yuya Nakamura for GRAINE Collaboration;Yuya Nakamura for GRAINE Collaboration;藤原泰
• 通讯作者: 藤原泰

大気海洋結合境界層数値モデルの開発

大气-海洋耦合边界层数值模型的研制

• 发表时间: 2022
• 作者: Fujiwara;Y.;Waseda;T.;Kodaira;T.;Nose;T.;Katsuno;T.;Sato;K.;藤原泰;藤原泰
• 通讯作者: 藤原泰

ミクロスケール大気海洋相互作用の研究のための波解像二相数値モデルの開発

开发用于研究微尺度大气-海洋相互作用的波分辨两相数值模型

• 发表时间: 2023
• 作者: Fujiwara;Y.;Waseda;T.;Kodaira;T.;Nose;T.;Katsuno;T.;Sato;K.;藤原泰
• 通讯作者: 藤原泰

波浪境界層の直接計算のための気液非静力学モデルの開発

开发用于直接计算波边界层的气液非静水力模型

• 发表时间: 2022
• 作者: Fujiwara;Y.;Waseda;T.;Kodaira;T.;Nose;T.;Katsuno;T.;Sato;K.;藤原泰;藤原泰;藤原泰
• 通讯作者: 藤原泰

Laboratory experiment of ice group formation under waves

波浪作用下冰团形成的室内实验

• 发表时间: 2023
• 作者: Yasushi Fujiwara;Takuji Waseda;Tsubasa Kodaira;Takehiko Nose;Tomotaka Katsuno;Koya Sato
• 通讯作者: Koya Sato