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研究テーマ：非一様乱流の物理とモデリング

研究内容：

乱流とは水や空気などの流体が時間的空間的に不規則に変化する流れをさします。平均速度勾配を伴う非一様乱流はさまざまな自然現象や工学装置に見られ、宇宙、気象、航空、機械、建築など多岐の分野にわたります。乱流では実効的な粘性率や拡散率が大きくなりエネルギー、熱、物質の輸送や混合が増大することが大きな特徴であり、いかにしてこの乱流粘性率や拡散率を平均場を用いて記述するか、そして閉じた方程式系を得るかが重要な課題となります。乱流の研究としては、理想化された一様等方乱流において流れの構造や統計を考察する基礎的な研究と、実在の非一様乱流において乱流効果をモデル化し流速を予測する応用的な研究とがあります。半場研での研究は前者で得られた知見や手法を後者のモデル化に役立てるという立場で行っています。すなわち現象論的に式を立てるのではなく、一様等方性乱流の研究で培われた理論や知見を非一様乱流に拡張し、モデル方程式を理論的に導出・改良し、実現象に適用して検証することをめざしています。そのためには乱流そのものの物理的機構の理解を深める必要があり、また非一様乱流独自の理論的手法を新たに開発することも必要になります。半場研で行われている研究の手法として理論と数値計算の二本の柱があり、2スケール相互作用近似と呼ばれる乱流の統計理論を主に用いて上述のモデル方程式の導出や改良を行うことと、モデルを検証したり乱流の機構を考察するためにレイノルズ平均モデル(RANS)やラージ・エディ・シミュレーション(LES)、直接数値計算などの数値シミュレーションを行っています。具体的な研究課題として、RANSとLESのハイブリッド乱流モデル、乱流の非局所的な輸送拡散現象、電磁流体乱流のダイナモ機構とその応用、回転・旋回乱流の解析とLESのモデリングなどに取り組んでいます。