量子渦糸乱流の大規模シミュレーションによる研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究課題の主目標は、希薄原子ガス及び超流動ヘリウムにおいて共通に現れ、そのダイナミクスを支配する量子渦糸を研究項目AO3の研究代表者(坪田誠ら)らと協力し、量子乱流における新概念形成に貢献することである。その目的のため、超大規模シミュレーションを担当する専門チームを形成し、大規模計算を効果的に実施する。平成19年度は、以下の3つの研究実施項目を立て、研究を行った。(1)シミュレーションコードの並列化と超並列計算機上での高速化。(2)大規模シミュレーションによる乱流スペクトルの解析。(3)大規模シミュレーションによる乱流構造の可視化。これら3つの項目についての研究実績を以下に記す。(1)研究代表者らは周期境界条件の下、超流動体のダイナミクスを研究するため、グロスピタエフスキー(非線形シュレディンガー方程式)方程式のシミュレーションコードを代表者機関の大型計算機で動作できるよう並列化等の整備と高速化を行った。これにより、項目(2)のための大規模シミュレーションが可能となり、エネルギー・スペクトルが乱流に特徴的である-3/5則を示すことを確認し、更に、シミュレーションサイズを変化させることで、その-3/5則が現れた場合の渦糸構造が自己相似的な乱流状態にあることを突き止めた。また、その大規模並列計算結果を基に、(3)の計画に対しては、乱流的状態になっている部分の超流動振幅や速度場の可視化を行い、乱流特有の渦糸構造を探査した。