流体力学セミナー流体力学セミナー

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流体力学セミナー ２００９

＃数理解析研究所の建物耐震改修工事のため，場所が京大理学部の
　建物になっています．ご注意ください．

日時： 11月30日（月） 15:00 から 16:30

場所： 京大 理学部６号館 ２０３号室

講師： Abraham C.-L. Chian
(National Institute for Space Research (INPE), Brazil
& RIMS, Kyoto University)

題目: Nonlinear dynamics of fluids and plasmas: On-off intermittent
turbulence

概要：The amplitude and phase dynamics of coherent structures in
intermittent turbulence in fluids and plasmas is studied using
direct simulations of Navier-Stokes equations and
magnetohydrodynamics equations, as well as in-situ observations of
atmospheric and interplanetary turbulence. Nonlinear surrogate
techniques are applied to quantify the degree of phase
synchronization in simulated and observed data of fluid and plasma
turbulence. We adopt the complex Morlet wavelet to characterize
the amplitude dynamics by computing the Local Intermittency
Measure, and to characterize the phase dynamics by computing a
phase coherence index. Our techniques are able to detect and
measure coherent structures in magnetic field turbulence in
unshocked and shocked solar wind, as well as in atmospheric
turbulence above and within the Amazon forest canopy.
Intermittent mean-field dynamo is investigated using numerical
modeling of magnetohydrodynamic turbulence driven by helical
forcing. The importance of phase synchronization and on-off
intermittent turbulence in the variability of stellar magnetic
field and its impact on the dynamics of climate and space weather
of a planet and exoplanet is discussed.

Chian ACL, Miranda RA. Cluster and ACE observations of phase
synchronization in intermittent magnetic field turbulence: a
comparative study of shocked and unshocked solar wind. Ann.
Geophys. 27, 1789, 2009.

Chian ACL, Han M, Miranda RA, Shu, C, Valdivia, JA. The planetary
-exoplanetary environment: a nonlinear perspective. Adv. Space
Res., in press, 2010.

Chian ACL, Miranda RA, Koga D, Bolzan MJA, Ramos FM, Rempel EL.
Analysis of phase coherence in fully developed atmospheric
turbulence: Amazon forest canopy. Nonlinear Proc. Geophys. 15, 567,
2008.

Koga D, Chian ACL, Miranda RM, Rempel EL. Intermittent nature of
solar wind turbulence near the Earth’s bow shock: Phase coherence
and non-Gaussianity. Phys. Rev. E 75, 046401, 2007.

Koga, D, Chian ACL, Hada T, Rempel EL. Experimental evidence of
phase coherence of magnetohydrodynamic turbulence in the solar
wind: GEOTAIL satellite data. Phil. Trans. Royal Soc. London-
Math. Phys. Sciences 366, 447, 2008.

Rempel EL, Proctor MR, Chian ACL. Intermittent nonlinear dynamo in
compressible magnetohydrodynamics. Monthly Not. Royal Astron. Soc.,
in press, 2009.

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世話人：山田 道夫(京大数理研)， 藤 定義(京大)，松本 剛(京大理)
アドバイザー：船越 満明（京大情報学）、水島 二郎(同志社大工)、
余田 成男（京大理）
連絡先：山田道夫 yamada＠kurims.kyoto-u.ac.jp
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流体力学セミナー流体力学セミナー

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流体力学セミナー ２０１０

＃ 3 / 10 水曜日の開催となっています．ご注意ください．

＃数理解析研究所の建物耐震改修工事のため，場所が京大理学部物理教室
　になっています．ご注意ください．

日時： 3月10日（水） 15:00 から 16:30

場所： 京大 理学研究科5号館（物理学教室）525号室 (第4講義室)

講師： Paul Manneville (Ecole Polytechnique)

題目: Decay of turbulence in plane Couette flow:
turbulent bands from the lab to the computer

概要：The bifurcation diagram of plane Couette flow is characteristic
of flows without linear instability modes. After a brief
presentation of experimental findings obtained in Saclay at the
turn of the century, supporting a distinction between an upper
transitional range with oblique bands and a lower transitional
range with decaying spots, a brief review of the numerical
approaches taken up to now will be given, with special emphasis
on the ‘temporal / spatiotemporal’ issue. In order to reach
large aspect ratios, a modelling strategy having recourse to a
drastic lowering of the cross-stream resolution has been developed.
A first semianalytical approach [1] points to an interpretation
in terms of spatiotemporal intermittency [2] proposed by Pomeau
but fails to reproduce the bands, which is not the case of the
under-resolved direct numerical simulations that we have performed
using Gibson’s ChannelFlow program. These simulations faithfully
reproduce experimental findings up to a measurable shift of the
transitional range [3], which shows that the formation of bands
is a robust phenomenon involving gross features of the turbulent
flow only.

[1] M. Lagha, P. M., “Modeling transitional plane Couette flow,”
Eur. Phys. J. B, vol. 58 (2007) 433–447.
[2] P. M., “Spatiotemporal perspective on the decay of turbulence in
wall-bounded flows” Phys. Rev. E; vol. 79 (2009) 025301 [R]; 039904 [E].
[3] J. Rolland, P.M., “Numerical approach to the simulation of plane
Couette flow in extended geometry” in preparation for Theor. Comp. Fluid Dyn.

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世話人：山田 道夫(京大数理研)， 藤 定義(京大)，松本 剛(京大理)
アドバイザー：船越 満明（京大情報学）、水島 二郎(同志社大工)、
余田 成男（京大理）
連絡先：山田道夫 yamada@kurims.kyoto-u.ac.jp
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流体力学セミナー流体力学セミナー

数理解析研究所　流体力学セミナーのご案内です．

御来聴歓迎．

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流体力学セミナー ２０１０

＃今回は木曜日の開催となっています．ご注意ください．

＃数理解析研究所の建物耐震改修工事のため，場所が京大理学部の
　建物になっています．ご注意ください．

日時： 2月18日（木） 15:00 から 16:30

場所： 京大 理学研究科5号館（物理学教室）413号室

講師： Prof. Sadruddin Benkadda
(International Institute for fusion Science-Universite
de Provence, Marseille France)

題目: Patterns, Intermittent Transport and Universality
in Convective Turbulence in Magnetic Fusion Plasmas

概要：Buoyancy-driven flows such as thermal convection are of great
importance for a wide range of phenomena in geophysical,
astrophysical and fusion plasmas [1,2,3]. We consider here
intermittent aspects of convective turbulence and transport in
magnetized plasma of magnetic fusion machines such as tokamaks or
stelerators. These investigations use Direct Numerical Simulation
(DNS) of Ion Temperature Gradient instability (ITG) which is
identical to the Rayleigh-Benard thermal convection problem in
neutral fluids [4,5,6]. Rayleigh-Benard convection in particular
is a fundamental paradigm for nonlinear dynamics including
instabilities and bifurcations, pattern formation, chaotic
dynamics and developed turbulence.

Using a weakly non-linear analysis, we show that the back-reaction
on the mean profile is the natural mechanism for saturation and
suggest that it will stay the main non-linear coupling mechanism
in the turbulent state. We also will review some basic aspects of
the interaction between convective cells and a mean flow [7,8]. In
particular and still along the line of the “defreezing” assumption
we study the behavior of a model for shear flow instability :
transient bursts of vorticity flux are generated in this model. We
briefly discuss the advantage of this kind of formulation compared
to the “non-normal” operator approach where the mean velocity is
also assumed frozen .

An extension of Herring model is derived. It takes into account
the self-consistent generation of a mean flow. It is shown that
our model has substantially richer dynamics than the one of
Herring. In particular the interaction between the convective
modes and the mean flow leads in the turbulent state to a
transition in the statistical properties of the transport. This
bifurcation is analogous the so-called soft to hard turbulence
transition in convection. In the strongly turbulent state,
intermittent bursts of thermal transport are observed in both
cases. For the latter regime, the reduced model as well as DNS
show that the Nusselt number Nu (normalized heat flux) scales with
the normalized ion pressure gradient Ki as Nu ‾ Ki1/3[6]. Since
the Rayleigh number for ITG turbulence is proportional to Ki, the
Nusselt number scaling for ITG turbulence is thus similar to the
classical Globe & Dropkin scaling for Rayleigh-Benard convection
in neutral fluids.

References:
[1]S. Benkadda, P. Beyer, N. Bian et al, Nuclear Fusion 41, 997
(2001)
[2] P. Beyer, S. Benkadda, X. Garbet and P.H. Diamond, Phys. Rev
Letters 85, 4892 (2000).
[3] Amita Das, Abhijit Sen, and Predhiman Kaw, S. Benkadda and
Peter Beyer, Physics of Plasmas 12, 032302 (2005)
[4] K. Takeda, S. Benkadda, S. Hamaguchi and M. Wakatani, Physics
of Plasmas 11, 3561-3571 (2004)
[5] K. Takeda, S. Benkadda, S. Hamaguchi and M. Wakatani, J.
Plasma Fusion Res 6 570 (2004)
[6] K. Takeda, S. Benkadda, S. Hamaguchi, M. Wakatani, Physics of
Plasmas 12, 052309 (2005)
[7] N. Bian, S. Benkadda, X. Garbet, O. Garcia, J. Paulsen, Physics
of Plasmas, 10, 1382, (2003)
[8] O. Garcia, N. Bian, J. Paulsen , S. Benkadda and K. Rypdal,
Plasma Physics and Controlled Fusion 45, 919-932, (2003)

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世話人：山田 道夫(京大数理研)， 藤 定義(京大)，松本 剛(京大理)
アドバイザー：船越 満明（京大情報学）、水島 二郎(同志社大工)、
余田 成男（京大理）
連絡先：山田道夫 yamada@kurims.kyoto-u.ac.jp
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流体物理学ゼミナール流体物理学ゼミナール

皆様、

流体研M1の岡橋です。
教科書の第三章が終わりましたので、明日は論文を紹介致します。

日時：1月26日（火）13:30‾15:00
場所：理学研究科5号館　413号室
論文：”Direct numerical simulation of near-interface turbulence
in coupled gas-liquid flow”
Palo Lombardi, Valerio De Angelis and Sanjoy Banerjee
(Phys. Fluids 8(6), June 1996)

気体と液体が界面を通して相互作用する系を扱っています。
気体と液体の密度比を変えながら、DNSを行い、両相の影響を
調べています。

よろしくお願いします。

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岡橋 裕介 Okahashi Yusuke
京都大学大学院理学研究科 物理学・宇宙物理学専攻
物理学第一分野 流体物理学研究室 修士課程1年
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流体物理学ゼミナール流体物理学ゼミナール

皆様

京大流体研M1の河野です。
第22回流体物理学ゼミナールの予定をお知らせいたします。

日時：1月19日（火）13:30〜15:45
場所：理学研究科5号館　413号室
発表者：岡橋 裕介、河野 俊輔
教科書：P.A.Davidson “Turbulence: An Introduction for Scientists and
Engineers”(ISBN 978-0-198-52949-1)

教科書は4章に入るときりが良くありませんので、3章が終わった後、
次の26日とで1本ずつ論文を読むことを考えています。
最初に3.2.7節の残りを岡橋君が発表した後、読む予定です。
読む論文の詳細については別途お知らせいたします。
また今回は、論文紹介は休止となります。
よろしくお願いいたします。

なお、年度内の流体物理学ゼミナールは、次の1月26日を最終とする予定です。

教科書が終わった後に読む論文をご案内いたします。

論文：”Drag and lift forces acting on a spherical water droplet in
homogeneous linear shear air flow”
　　　Ken-Ichi Sugioka and Satoru Komori (J. Fluid Mech. vol. 570, 155
(2007) )

shear flow中で球状のdropletに働く力を、3次元のDNSを行って計算した論文です。
shar rateによる影響、および、剛体球との比較によりdroplet内部の流体の運動
の影響について述べています。

よろしくお願いいたします。

流体力学セミナー流体力学セミナー

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流体力学セミナー ２０１０

＃今回は火曜日の開催となっています．ご注意ください．

＃数理解析研究所の建物耐震改修工事のため，場所が京大理学部の
　建物になっています．ご注意ください．

日時： 1月12日（火） 15:00 から 16:30

場所： 京大 理学研究科5号館　413号室

講師： 大木谷 耕司 (Sheffield大学, UK)

題目: 非局所バーガース方程式: 最大値原理とハミルトンヤコビ方程式」

概要：ナビエストークス方程式が正則な解を持つことは、物理・工学分野
では前提とされているが、その数学的な証明はない。ここでは、こ
の問題に対して、何らかの示唆を得るべく、2つの簡単な数学的モ
デルの考察を行う。(モデルに物理的意味は無い)

通常の手法での困難の原因は、次の2点に尽きる。

(1) エンストロフィーに対する不等式が過大評価にすぎる。
(2) 圧力項があるため、最大値原理が適用できない。

3次元バーガース方程式(正則)にも (1) の困難はつきまとうが、
(2)の困難はない。非局所項がある場合、最大値原理は一般に適用できな
いが、この事は直ちにこの種の不等式が破綻することを意味しない。こ
の点を吟味するため、1次元バーガース方程式に圧力を模倣する非局所的
項を加え、解の正則性がどう変化するか数値計算を行う(with M. Dowker).

また、1次元バーガース方程式は、ハミルトンヤコビ方程式を介して可積
分となることは周知である (Forsyth-Florin-Hopf-Cole 変換)。2次元以
上の速度場のヘルムホルツ分解においては、ポテンシャル成分の他に非
圧縮成分が現れる。前者の成分については多次元バーガース方程式に対
する同様の解法として既知である。ここでは、後者のソレノイダル成分
を支配する、2ないし3次元の非圧縮性流体方程式の別の表現として、非
局所ハミルトンヤコビ方程式を導出する。さらに、対応する1次元版の非
局所ハミルトンヤコビ方程式を考え、その振舞いを数値計算で検討する。

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世話人：山田 道夫(京大数理研)， 藤 定義(京大)，松本 剛(京大理)
アドバイザー：船越 満明（京大情報学）、水島 二郎(同志社大工)、
余田 成男（京大理）
連絡先：山田道夫 yamada＠kurims.kyoto-u.ac.jp
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流体物理学ゼミナール流体物理学ゼミナール

第21回流体物理学ゼミナールの予定をお知らせいたします。

日時：1月12日（火）13:30〜
場所：理学研究科5号館　413号室
発表者：河野 俊輔、（岡橋 裕介）
教科書：P.A.Davidson “Turbulence: An Introduction for Scientists and
Engineers”(ISBN 978-0-198-52949-1)

3.2.6節より始める予定です。
15時から同じ部屋でセミナーがありますので、
普段より早めに終了する予定です。
また、論文紹介は休止となります。
よろしくお願いいたします。

流体物理学ゼミナール流体物理学ゼミナール

第20回流体物理学ゼミナールの予定をお知らせいたします。

日時：12月22日（火）13:30〜
場所：理学研究科5号館　413号室
発表者：河野 俊輔
教科書：P.A.Davidson “Turbulence: An Introduction for Scientists and
Engineers”(ISBN 978-0-198-52949-1)

3.2.5節より始める予定です。
よろしくお願いいたします。

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皆様

京大流体研M1の岡橋です。
第19回流体物理学ゼミナールの予定をお知らせします。

日時：12月15日（火）13:00〜
場所：理学研究科5号館　413号室
発表者：岡橋　裕介

教科書：P.A.Davidson “Turbulence: An Introduction for Scientists and
Engineers”(ISBN 978-0-198-52949-1)

3.2.3節の”How much does the turbulence remember?”から
3.2.4節の”The need for a statistical approach
and different methods of taking averages”
までの解説をします。

よろしくお願いします。

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岡橋 裕介 Okahashi Yusuke
京都大学大学院理学研究科 物理学・宇宙物理学専攻
物理学第一分野 流体物理学研究室 修士課程1年
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流体物理学ゼミナール流体物理学ゼミナール

皆様

京大流体研M1の河野です。
第18回流体物理学ゼミナールの予定をお知らせいたします。

日時：12月8日（火）13:30〜
場所：理学研究科5号館　413号室
発表者：河野 俊輔、（岡橋 裕介）
教科書：P.A.Davidson “Turbulence: An Introduction for Scientists and
Engineers”(ISBN 978-0-198-52949-1)

3.2.2節の途中、前回の続き、78ページ付近より始める予定です。
3.2.3節より岡橋君に交代します。
よろしくお願いいたします。

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河野 俊輔 KOHNO Shunsuke
京都大学大学院理学研究科　物理学・宇宙物理学専攻
物理学第一分野　流体物理学研究室　修士課程
E-mail：kohno@kyoryu.scphys.kyoto-u.ac.jp
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