温度成層下の乱流境界層における秩序構造とその空間分布の解明

本研究計画では風洞実験と直接数値シミュレーションの２つのアプローチにより、温度成層下の乱流境界層に内在する、運動量や熱の輸送を担う秩序的な乱流構造の多面的な理解を目標としている。各アプローチの役割として、実験ではそのような乱流構造の集団としての乱流場の大域的な性質、数値シミュレーションでは個々の乱流構造のダイナミクス、を明らかにすること目指す。計画の初年度では、研究手法の検討と確立を目的とした予備的な実験や数値シミュレーションを実施した。その中で、気象研究所の大型風洞施設における実験により、不安定成層下の乱流境界層に生じる速度乱れの大規模構造に関する統計的な特徴を調査した。具体的には、異なる高度における複数の水平面内の速度場を粒子画像流速測定法により取得し、弱い不安定温度成層下において流れ方向に伸びたロール状の構造が現れる条件と、それらのスパン方向の特徴的な長さスケールを実験的に明らかにした。（成果の一部は先行的に国際会議において発表された）このような大規模構造の存在は、輸送を担う小規模な乱流構造の空間分布やダイナミクスとも密接に関連すると考えられる。また、当風洞施設に新規整備された風速測定装置の試験運用や解析手法の確立も行い、次年度以降の本実験の準備を進めた。直接数値シミュレーションについては、せん断速度と温度勾配を一様に与えた空間領域における乱流の数値計算手法を実装、九州大学情報基盤研究開発センターにおいて予備計算を実施した。本計算で調査すべき計算条件の洗い出しを行い、次年度以降の本計算の方針を定めた。

本研究計画では風洞実験と直接数値シミュレーションの２つのアプローチにより、温度成層下の乱流境界層に内在する、運動量や熱の輸送を担う秩序的な乱流構造の多面的な理解を目標としている。各アプローチの役割として、実験ではそのような乱流構造の集団としての乱流場の大域的な性質、数値シミュレーションでは個々の乱流構造のダイナミクス、を明らかにすること目指す。計画の初年度では、研究手法の検討と確立を目的とした予備的な実験や数値シミュレーションを実施した。その中で、気象研究所の大型風洞施設における実験により、不安定成層下の乱流境界層に生じる速度乱れの大規模構造に関する統計的な特徴を調査した。具体的には、異なる高度における複数の水平面内の速度場を粒子画像流速測定法により取得し、弱い不安定温度成層下において流れ方向に伸びたロール状の構造が現れる条件と、それらのスパン方向の特徴的な長さスケールを実験的に明らかにした。（成果の一部は先行的に国際会議において発表された）このような大規模構造の存在は、輸送を担う小規模な乱流構造の空間分布やダイナミクスとも密接に関連すると考えられる。また、当風洞施設に新規整備された風速測定装置の試験運用や解析手法の確立も行い、次年度以降の本実験の準備を進めた。直接数値シミュレーションについては、せん断速度と温度勾配を一様に与えた空間領域における乱流の数値計算手法を実装、九州大学情報基盤研究開発センターにおいて予備計算を実施した。本計算で調査すべき計算条件の洗い出しを行い、次年度以降の本計算の方針を定めた。