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ヒロタ マコト
廣田 真
Makoto Hirota
所属
流体科学研究所 複雑流動研究部門 計算流体物理研究分野
職名
准教授
学位
  • 博士(科学)(東京大学)

  • 修士(科学)(東京大学)

所属学協会 3

  • 日本流体力学会

  • プラズマ・核融合学会

  • 日本物理学会

研究分野 3

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 流体工学 /

  • 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎 /

  • エネルギー / プラズマ科学 /

論文 29

  1. Stability of two-dimensional Taylor–Green vortices in rotating stratified fluids

    Yuji Hattori, Makoto Hirota

    Journal of Fluid Mechanics 967 2023年7月20日

    出版者・発行元:Cambridge University Press (CUP)

    DOI: 10.1017/jfm.2023.513  

    ISSN:0022-1120

    eISSN:1469-7645

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    The linear stability of the two-dimensional Taylor–Green vortices, which is a spatially periodic array of vortices, in rotating stratified fluids is investigated by local and modal stability analysis. Five types of instability appear in general: the pure hyperbolic instability, the strato-hyperbolic instability, the rotational-hyperbolic instability, the centrifugal instability and the elliptic instability. The condition for each instability and the estimate of the growth rate, which are useful in interpreting numerical results, are obtained in the framework of local stability analysis. Realizability of an instability is introduced to predict whether an unstable mode corresponding to an unstable region found in the local stability analysis exists at finite Reynolds numbers. In the absence of stratification, the pure hyperbolic instability is dominant for weak rotation; it is stabilized for strong rotation. For strong anti-cyclonic rotation, the elliptic instability or the centrifugal instability becomes dominant depending on the parameter values; further stronger rotation stabilizes both instabilities. For strong cyclonic rotation, the rotational-hyperbolic instability or the elliptic instability becomes dominant, although the growth rate is smaller than the anti-cyclonic cases. Strong stratification changes the stability properties. The strato-hyperbolic instability occurs for weak rotation. The rotational-hyperbolic instability and the elliptic instability are weakened under cyclonic rotation, while the latter survives and extends the unstable range under anti-cyclonic rotation. The pure hyperbolic instability and the centrifugal instability are less affected by stratification. The mode structures of each instability are in good agreement with the corresponding solution to local stability equations, confirming the physical mechanism of the instability.

  2. Lagrange Multiplier-Based Optimal Control Technique for Streak Attenuation in High-Speed Boundary Layers

    Omar Es-Sahli, Adrian Sescu, M. Zamir A. Koshuriyan, Yuji Hattori, Makoto Hirota

    AIAA Journal 61 (1) 63-75 2023年1月

    出版者・発行元:American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)

    DOI: 10.2514/1.j062255  

    ISSN:0001-1452

    eISSN:1533-385X

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    High-amplitude freestream turbulence and surface roughness elements can excite a laminar boundary-layer flow sufficiently to cause streamwise-oriented vortices to develop. These vortices resemble elongated streaks having alternate spanwise variations of the streamwise velocity. Downstream, the vortices “wobble” through an inviscid secondary instability mechanism and, ultimately, transition to turbulence. We formulate an optimal control algorithm to suppress the growth rate of the streamwise vortex system. Considering a high-Reynolds-number asymptotic framework, we reduce the full compressible Navier–Stokes equations to the nonlinear compressible boundary-region equations. We then implement the method of Lagrange multipliers via an appropriate transformation of the original constrained optimization problem into an unconstrained form to obtain the disturbance equations in the form of the adjoint compressible boundary-region equations (ACBREs) and corresponding optimality conditions. Numerical solutions of the ACBRE approach for high-supersonic and hypersonic flows reveal a significant reduction in the kinetic energy and wall shear stress for all considered configurations. We present contour plots to demonstrate the qualitative effect of increased control iterations. Our results indicate that the primary vortex instabilities gradually flatten in the spanwise direction thanks to the ACBRE algorithm.

  3. Modeling of Crossflow-Induced Boundary Layer Transition 査読有り

    Makoto Hirota, Yuki Ide, Yuji Hattori

    The Proceedings of the 2021 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology 2022年4月

  4. Optimization of turbulent transition delay effect using quasi-statically transforming wall roughness shape 査読有り

    Takayuki SHIROSAKI, Makoto HIROTA, Yuji HATTORI

    Journal of Fluid Science and Technology 17 (3) JFST0010-JFST0010 2022年

    出版者・発行元:Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI: 10.1299/jfst.2022jfst0010  

    eISSN:1880-5558

  5. Stability assessment on sinusoidal roughness elements for crossflow-transition control 査読有り

    Yuki Ide, Makoto Hirota, Naoko Tokugawa

    Physics of Fluids 33 (3) 034112-034112 2021年3月1日

    出版者・発行元:AIP Publishing

    DOI: 10.1063/5.0041442  

    ISSN:1070-6631

    eISSN:1089-7666

  6. Modal stability analysis of arrays of stably stratified vortices 査読有り

    Yuji Hattori, Shota Suzuki, Makoto Hirota, Manish Khandelwal

    Journal of Fluid Mechanics 909 2021年2月25日

    出版者・発行元:Cambridge University Press (CUP)

    DOI: 10.1017/jfm.2020.865  

    ISSN:0022-1120

    eISSN:1469-7645

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    <title>Abstract</title> <fig position="anchor"> <graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" mime-subtype="png" mimetype="image" xlink:href="S0022112020008654_figAb.png" /> </fig>

  7. Linearized dynamical system for extended magnetohydrodynamics in terms of Lagrangian displacement fields and isovortical perturbations 査読有り

    M. Hirota

    Physics of Plasmas 28 (2) 022106-022106 2021年2月

    出版者・発行元:AIP Publishing

    DOI: 10.1063/5.0037819  

    ISSN:1070-664X

    eISSN:1089-7674

  8. Effect of localized wall cooling or heating on streaks in high-speed boundary layers

    Omar Es-Sahli, Adrian Sescu, Mohammed Z. Afsar, Yuji Hattori, Makoto Hirota

    AIAA Scitech 2021 Forum 2021年1月11日

    出版者・発行元:American Institute of Aeronautics and Astronautics

    DOI: 10.2514/6.2021-0853  

  9. Strato-hyperbolic instability: a new mechanism of instability in stably stratified vortices 査読有り

    Suzuki, Shota, Hirota, Makoto, Hattori Yuji

    Journal of Fluid Mechanics 854 293-323 2018年8月

    DOI: 10.1017/jfm.2018.641  

  10. An Explosive Scaling Law for Nonlinear Magnetic Reconnection and Its Insensitivity to Microscopic Scales 査読有り

    Makoto Hirota

    Plasma and Fusion Research 12 1401010 2017年12月

    DOI: 10.1585/pfr.12.1401010  

  11. Stability boundaries and sufficient stability conditions for stably stratified, monotonic shear flows 査読有り

    Makoto Hirota, Philip J. Morrison

    PHYSICS LETTERS A 380 (21) 1856-1860 2016年5月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI: 10.1016/j.physleta.2016.03.044  

    ISSN:0375-9601

    eISSN:1873-2429

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    Linear stability of inviscid, parallel, and stably stratified shear flow is studied under the assumption of smooth strictly monotonic profiles of shear flow and density, so that the local Richardson number is positive everywhere. The marginally unstable modes are systematically found by solving a one-parameter family of regular Sturm-Liouville problems, which can determine the stability boundaries more efficiently than solving the Taylor-Goldstein equation directly. By arguing for the non-existence of a marginally unstable mode, we derive new sufficient conditions for stability, which generalize the Rayleigh-Fjortoft criterion for unstratified shear flows. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.

  12. 21aBU-3 成層流中の2次元Taylor-Green渦の線形安定性解析

    鈴木 翔太, 服部 裕司, 廣田 真

    日本物理学会講演概要集 71 3011-3011 2016年

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.71.1.0_3011  

    ISSN:2189-079X

  13. 21aBU-1 連続成層シア流の線形不安定化メカニズムと安定性のため十分条件

    廣田 真, Morrison P. J.

    日本物理学会講演概要集 71 3009-3009 2016年

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.71.1.0_3009  

    ISSN:2189-079X

  14. Magnetohydrodynamic instability excited by interplay between a resistive wall mode and stable ideal magnetohydrodynamic modes in rotating tokamak plasmas 査読有り

    N. Aiba, M. Hirota

    PHYSICS OF PLASMAS 22 (8) 082512 2015年8月

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.4928892  

    ISSN:1070-664X

    eISSN:1089-7674

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    In a rotating toroidal plasma surrounded by a resistive wall, it is shown that linear magnetohydrodynamic (MHD) instabilities can be excited by interplay between the resistive wall mode (RWM) and stable ideal MHD modes, where the RWM can couple with not only a stable external kink mode but also various stable Alfven eigenmodes that abound in a toroidal plasma. The RWM growth rate is shown to peak repeatedly as the rotation frequency reaches specific values for which the frequencies of the ideal MHD modes are Doppler-shifted to the small RWM frequency. Such destabilization can be observed even when the RWM in a static plasma is stable. A dispersion relation clarifies that the unstable mode changes from the RWM to the ideal MHD mode destabilized by wall resistivity when the rotation frequency passes through these specific values. The unstable mode is excited at these rotation frequencies even though plasma rotation also tends to stabilize the RWM from the combination of the continuum damping and the ion Landau damping. (C) 2015 AIP Publishing LLC.

  15. Explosive magnetic reconnection caused by an X-shaped current-vortex layer in a collisionless plasma 査読有り

    M. Hirota, Y. Hattori, P. J. Morrison

    PHYSICS OF PLASMAS 22 (5) 052114 2015年5月

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.4921329  

    ISSN:1070-664X

    eISSN:1089-7674

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    A mechanism for explosive magnetic reconnection is investigated by analyzing the nonlinear evolution of a collisionless tearing mode in a two-fluid model that includes the effects of electron inertia and temperature. These effects cooperatively enable a fast reconnection by forming an X-shaped current-vortex layer centered at the reconnection point. A high-resolution simulation of this model for an unprecedentedly small electron skin depth de and ion-sound gyroradius rho(s), satisfying d(e) = rho(s), shows an explosive tendency for nonlinear growth of the tearing mode, where it is newly found that the explosive widening of the X-shaped layer occurs locally around the reconnection point with the length of the X shape being shorter than the domain length and the wavelength of the linear tearing mode. The reason for the onset of this locally enhanced reconnection is explained theoretically by developing a novel nonlinear and nonequilibrium inner solution that models the local X-shaped layer, and then matching it to an outer solution that is approximated by a linear tearing eigenmode with a shorter wavelength than the domain length. This theoretical model proves that the local reconnection can release the magnetic energy more efficiently than the global one and the estimated scaling of the explosive growth rate agrees well with the simulation results. (C) 2015 AIP Publishing LLC.

  16. Excitation of flow-stabilized resistive wall mode by coupling with stable eigenmodes in tokamaks. 国際誌 査読有り

    Nobuyuki Aiba, Makoto Hirota

    Physical review letters 114 (6) 065001-065001 2015年2月13日

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.065001  

    eISSN:1079-7114

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    In a rotating toroidal plasma surrounded by a resistive wall, it is shown that linear MHD instabilities can be excited by couplings between the resistive wall mode (RWM) and stable ideal MHD modes. In particular, it is shown that the RWM can couple not only with stable external kink modes but also with Alfvén eigenmodes that are ordinarily in the stable continuum of a toroidal plasma. The RWM growth rate is shown to peak whenever the Doppler shift caused by the plasma rotation cancels the frequency of an ideal MHD mode, so that the mode appears to have zero frequency in the laboratory frame. At these values of the rotation frequency, the RWM can overcome the stabilizing effects of plasma rotation, continuum damping, and ion Landau damping.

  17. Variational necessary and sufficient stability conditions for inviscid shear flow 査読有り

    M. Hirota, P. J. Morrison, Y. Hattori

    PROCEEDINGS OF THE ROYAL SOCIETY A-MATHEMATICAL PHYSICAL AND ENGINEERING SCIENCES 470 (2172) 20140322 2014年12月

    出版者・発行元:ROYAL SOC

    DOI: 10.1098/rspa.2014.0322  

    ISSN:1364-5021

    eISSN:1471-2946

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    A necessary and sufficient condition for linear stability of inviscid parallel shear flow is formulated by developing a novel variational principle, where the velocity profile is assumed to be monotonic and analytic. It is shown that unstable eigenvalues of Rayleigh's equation (which is a non-self-adjoint eigenvalue problem) can be associated with positive eigenvalues of a certain self-adjoint operator. The stability is therefore determined by maximizing a quadratic form, which is theoretically and numerically more tractable than directly solving Rayleigh's equation. This variational stability criterion is based on the understanding of Krein signature for continuous spectra and is applicable to other stability problems of infinite-dimensional Hamiltonian systems.

  18. Impact of plasma rotation on the linear physics of resistive wall modes in tokamaks 査読有り

    N. Aiba, J. Shiraishi, M. Hirota

    PLASMA PHYSICS AND CONTROLLED FUSION 55 (7) 2013年7月

    出版者・発行元:IOP PUBLISHING LTD

    DOI: 10.1088/0741-3335/55/7/074002  

    ISSN:0741-3335

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    Rotation effects on the linear stability of the resistive wall mode (RWM) are investigated numerically based on the ideal magnetohydrodynamics (MHD) model. One topic is impact of poloidal rotation in a toroidally rotating plasma. Since the difference between mode frequency and rotation frequency is important to change the MHD stability by rotation, modulation of the Doppler-shifted frequency by poloidal rotation can play an important role even when the poloidal rotation velocity is significantly lower than the toroidal one. In addition, when poloidal rotation is fixed, the absolute value of the Doppler-shifted frequency relies on the direction of toroidal rotation, and hence, linear MHD stability can depend on this rotation direction. Such a dependence is sometimes observed experimentally. The other topic is the re-destabilization of the RWM by toroidal rotation in a reversed shear tokamak. Several numerical results imply that a candidate of this re-destabilized mode is a stable MHD eigenmode, which becomes unstable due to coupling with the RWM when rotation frequency is similar to the frequency of this stable eigenmode in a static equilibrium.

  19. Nonlinear variational method for predicting fast collisionless magnetic reconnection 査読有り

    M. Hirota, P. J. Morrison, Y. Ishii, M. Yagi, N. Aiba

    Nuclear Fusion 53 (6) 2013年6月

    DOI: 10.1088/0029-5515/53/6/063024  

    ISSN:0029-5515 1741-4326

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    A mechanism for fast magnetic reconnection in collisionless plasma is studied for understanding sawtooth collapse in tokamak discharges using a two-fluid model for cold ions and electrons. Explosive growth of the tearing mode enabled by electron inertia is analytically estimated using an energy principle with a nonlinear displacement map. Decrease in the potential energy in the nonlinear regime (where the island width exceeds the electron skin depth) is found to be steeper than in the linear regime, resulting in accelerated reconnection. Release of potential energy by such a fluid displacement leads to unsteady and strong convective flow, which is not damped by the small dissipation effects in high-temperature tokamak plasmas. Direct numerical simulation in slab geometry substantiates the theoretical prediction of the nonlinear growth. © 2013 IAEA, Vienna.

  20. Mechanisms of plasma rotation effects on the stability of type-I edge-localized mode in tokamaks 査読有り

    N. Aiba, M. Furukawa, M. Hirota, N. Oyama, A. Kojima, S. Tokuda, M. Yagi

    NUCLEAR FUSION 51 (7) 073012-1-073012-10 2011年7月

    出版者・発行元:IOP PUBLISHING LTD

    DOI: 10.1088/0029-5515/51/7/073012  

    ISSN:0029-5515

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    Mechanisms of plasma rotation effects on edge magnetohydrodynamic (MHD) stability are investigated numerically by introducing energies that are distinguished by physics. By comparing them, it is found that an edge-localized MHD mode is destabilized by the difference between the eigenmode frequency and the equilibrium toroidal rotation frequency, which is induced by rotation shear. In addition, this destabilizing effect is found to be effective in the shorter wavelength region. The effect of poloidal rotation on the edge MHD stability is also investigated. Under the assumption that the change in equilibrium by poloidal rotation is negligible, it is identified numerically that poloidal rotation can have both stabilizing and destabilizing effects on the edge MHD stability, which depends on the direction of poloidal rotation. A numerical analysis demonstrates that these effects of plasma rotation in both the toroidal and poloidal directions can play important roles in type-I edge-localized mode phenomena in JT-60U H-mode plasmas.

  21. Significant effect of plasma compressibility on nonlinear mode coupling of Alfven eigenmodes 査読有り

    Hirota M, Aiba N

    NUCLEAR FUSION 51 (7) 2011年7月

    DOI: 10.1088/0029-5515/51/7/073037  

    ISSN:0029-5515

  22. Lagrangian approach to weakly nonlinear stability of elliptical flow 査読有り

    Y. Fukumoto, M. Hirota, Y. Mie

    PHYSICA SCRIPTA T142 2010年12月

    出版者・発行元:IOP PUBLISHING LTD

    DOI: 10.1088/0031-8949/2010/T142/014049  

    ISSN:0031-8949

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    Rotating flows with elliptically strained streamlines suffer from parametric resonance instability between a pair of Kelvin waves whose azimuthal wavenumbers are separated by two. We address the weakly nonlinear amplitude evolution of three-dimensional (3D) Kelvin waves, in resonance, on a flow confined in a cylinder of elliptic cross-section. In a traditional Eulerian approach, derivation of the mean flow induced by nonlinear interaction of Kelvin waves stands as an obstacle. We show how a topological idea, or the Lagrangian approach, facilitates calculation of the wave-induced mean flow. A steady incompressible Euler flow is characterized as a state of the maximum of the total kinetic energy with respect to perturbations constrained to an isovortical sheet, and the isovortical perturbation is handled only in terms of the Lagrangian variables. The criticality in energy of a steady flow allows us to calculate the wave-induced mean flow only from the linear Lagrangian displacement. With the mean flow at hand, the Lagrangian approach provides us with a shortcut to enter into a weakly nonlinear amplitude evolution regime of 3D disturbances. Unlike the Eulerian approach, the amplitude equations are available directly in the Hamiltonian normal form.

  23. Destabilization mechanism of edge localized MHD mode by a toroidal rotation in tokamaks 査読有り

    N. Aiba, M. Furukawa, M. Hirota, S. Tokuda

    NUCLEAR FUSION 50 (4) 045002-1-045002-14 2010年4月

    出版者・発行元:INT ATOMIC ENERGY AGENCY

    DOI: 10.1088/0029-5515/50/4/045002  

    ISSN:0029-5515

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    Effects of toroidal rotation and density profiles on the stability of an edge localized MHD mode are investigated numerically. From the numerical results we show that both the density gradient and the sheared rotation profile can destabilize the edge ballooning mode and the peeling-ballooning mode, and particularly, the sheared rotation can destabilize these modes effectively. To clarify the mechanisms of these destabilizing effects of density gradient and sheared rotation, we define some energies and distinguish them by physics. By comparing these energies, we clarify that the destabilization by the density gradient can be explained as the destabilizing effect of the centrifugal instability, and that by the sheared toroidal rotation is induced mainly by the difference between the eigenmode frequency and the toroidal rotation frequency of the plasma. Although the strong rotation shear also has a stabilizing effect on the MHD modes by changing the mode structure, the edge MHD mode first becomes unstable due to the appearance of the destabilizing effect before changing the mode structure.

  24. Lagrangian approach to weakly nonlinear stability of elliptical flow 査読有り

    Y. Fukumoto, M. Hirota, Y. Mie

    Physica Scripta T T142 2010年

    DOI: 10.1088/0031-8949/2010/T142/014049  

    ISSN:0281-1847

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    Rotating flows with elliptically strained streamlines suffer from parametric resonance instability between a pair of Kelvin waves whose azimuthal wavenumbers are separated by two. We address the weakly nonlinear amplitude evolution of three-dimensional (3D) Kelvin waves, in resonance, on a flow confined in a cylinder of elliptic cross-section. In a traditional Eulerian approach, derivation of the mean flow induced by nonlinear interaction of Kelvin waves stands as an obstacle. We show how a topological idea, or the Lagrangian approach, facilitates calculation of the wave-induced mean flow. A steady incompressible Euler flow is characterized as a state of the maximum of the total kinetic energy with respect to perturbations constrained to an isovortical sheet, and the isovortical perturbation is handled only in terms of the Lagrangian variables. The criticality in energy of a steady flow allows us to calculate the wave-induced mean flow only from the linear Lagrangian displacement. With the mean flow at hand, the Lagrangian approach provides us with a shortcut to enter into a weakly nonlinear amplitude evolution regime of 3D disturbances. Unlike the Eulerian approach, the amplitude equations are available directly in the Hamiltonian normal form. © 2010 The Royal Swedish Academy of Sciences.

  25. Action-angle variables for the continuous spectrum of ideal magnetohydrodynamics 査読有り

    M. Hirota, Y. Fukumoto

    PHYSICS OF PLASMAS 15 (12) 2008年12月

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.3035912  

    ISSN:1070-664X

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    Action-angle variables corresponding to singular (or improper) eigenmodes are rigorously formulated for the Alfven and slow (or cusp) continuous spectra of ideal magnetohydrodynamics. The perturbation energy is then transformed into the normal form, namely, the eigenfrequency multiplied by the action variable. It is shown that the Laplace transform approach expedites this action-angle formulation more efficiently than the existing ones devoted to other kinds of continuous spectra. The presence of flow that is either nonparallel to the magnetic field or supersonic at some places brings about singular eigenmodes with negative energy. The Alfven and slow singular eigenmodes are neutrally stable even in the presence of any external potential fields, but may cause instability when coupled with another singular or nonsingular eigenmode with the opposite sign of energy.

  26. Elliptical instability of a vortex tube and drift current induced by it 査読有り

    Y. Fukumoto, M. Hirota

    PHYSICA SCRIPTA T132 2008年10月

    出版者・発行元:IOP PUBLISHING LTD

    DOI: 10.1088/0031-8949/2008/T132/014041  

    ISSN:0031-8949

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    We revisit, with some extension to the nonlinear regime, the Moore-Saffman-Tsai-Widnall instability, which is the three-dimensional instability of a straight vortex tube elliptically strained by a pure shear flow. A circular cylindrical vortex tube supports neutrally stable three-dimensional waves called Kelvin waves. A pure shear breaks the circular symmetry, causing a parametric resonance between two Kelvin waves whose azimuthal wavenumbers are separated by two. The eigenvalues and functions are written out in full in terms of the Bessel and the modified Bessel functions, and so is the growth rate. That this instability has a link with the elliptical instability in the short-wave limit is established in this study. This result is studied in the light of Krein&apos;s theory for Hamiltonian spectra. We develop a Lagrangian (particle) formulation that makes feasible an efficient calculation of iso-vortical disturbances up to second order in amplitude and thereby facilitates calculation of the energy of Kelvin waves. It is found that a Kelvin wave induces a drift current along the vortex tube.

  27. Energy of hydrodynamic and magnetohydrodynamic waves with point and continuous spectra 査読有り

    M. Hirota, Y. Fukumoto

    JOURNAL OF MATHEMATICAL PHYSICS 49 (8) 2008年8月

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.2969275  

    ISSN:0022-2488

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    Energy of waves (or eigenmodes) in an ideal fluid and plasma is formulated in the noncanonical Hamiltonian context. By imposing the kinematical constraint on perturbations, the linearized Hamiltonian equation provides a formal definition of wave energy not only for eigenmodes corresponding to point spectra but also for singular ones corresponding to a continuous spectrum. The latter becomes dominant when mean fields have inhomogeneity originating from shear or gradient of the fields. The energy of each wave is represented by the eigenfrequency multiplied by the wave action, which is nothing but the action variable and, moreover, is associated with a derivative of a suitably defined dispersion relation. The sign of the action variable is crucial to the occurrence of Hopf bifurcation in Hamiltonian systems of finite degrees of freedom [M. G. Krein, Dokl. Akad. Nauk SSSR, Ser. A 73, 445 (1950)]. Krein&apos;s idea is extended to the case of coalescence between point and continuous spectra. (C) 2008 American Institute of Physics.

  28. Elliptical instability of a vortex tube and drift current induced by it 査読有り

    Y. Fukumoto, M. Hirota

    Physica Scripta T T132 2008年

    DOI: 10.1088/0031-8949/2008/T132/014041  

    ISSN:0281-1847

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    We revisit, with some extension to the nonlinear regime, the Moore-Saffman-Tsai-Widnall instability, which is the three-dimensional instability of a straight vortex tube elliptically strained by a pure shear flow. A circular cylindrical vortex tube supports neutrally stable three-dimensional waves called Kelvin waves. A pure shear breaks the circular symmetry, causing a parametric resonance between two Kelvin waves whose azimuthal wavenumbers are separated by two. The eigenvalues and functions are written out in full in terms of the Bessel and the modified Bessel functions, and so is the growth rate. That this instability has a link with the elliptical instability in the short-wave limit is established in this study. This result is studied in the light of Krein's theory for Hamiltonian spectra. We develop a Lagrangian (particle) formulation that makes feasible an efficient calculation of iso-vortical disturbances up to second order in amplitude and thereby facilitates calculation of the energy of Kelvin waves. It is found that a Kelvin wave induces a drift current along the vortex tube. © 2008 The Royal Swedish Academy of Sciences.

  29. RT-1 project: Magnetosphere-like plasma experiment 査読有り

    Z. Yoshida, Y. Ogawa, J. Morikawa, M. Furukawa, H. Saitoh, M. Hirota, D. Hori, J. Shiraishi, S. Watanabe, S. Numazawa, Y. Yano, J. Suzuki

    FUSION SCIENCE AND TECHNOLOGY 51 (2T) 29-33 2007年2月

    出版者・発行元:AMER NUCLEAR SOCIETY

    DOI: 10.13182/FST07-A1308  

    ISSN:1536-1055

    eISSN:1943-7641

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    The Ring Trap-1 (RT-1) is a novel plasma device designed to explore various effects of plasma flow in the most universal and fundamental magnetosphere-like configuration. A super-conducting ring magnet, levitated in the vacuum chamber, produces a dipole magnetic field that traps high-temperature plasma. Plasma is produced by electron cyclotron heating using an 8.2GHz microwave. The mechanism of plasma confinement is based on the theory of high-beta equilibrium that is self-organized in a flowing plasma. Realization of such a configuration in a laboratory system, which is known to exist in some astronomical systems, may open a way to the advanced-fuel fusion. Analyses of the equilibrium and stability pose interesting theoretical and experimental challenges.

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MISC 37

  1. 孤立粗度による横流れ不安定性抑制効果の数値的検証

    廣田 真, 井手 優紀, 林田 貴寿, 服部 裕司

    ながれ 38 69-72 2019年4月

  2. 無衝突プラズマにおける爆発的磁気リコネクションの理論

    廣田 真

    プラズマ・核融合学会誌 92 (12) 861-867 2016年12月

    出版者・発行元:プラズマ・核融合学会

    ISSN:0918-7928

  3. 29pAT-9 有限電子温度効果が介在する爆発的磁気リコネクション(29pAT プラズマ宇宙物理・プラズマ基礎,領域2(プラズマ))

    廣田 真, 服部 裕司

    日本物理学会講演概要集 69 (1) 274-274 2014年3月5日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  4. Representation of Wave Energy of a Rotating Flow in Terms of the Dispersion Relation

    Yasuhide Fukumoto, Makoto Hirota, Youichi Mie

    Nonlinear Physical Systems: Spectral Analysis, Stability and Bifurcations 139-153 2013年12月31日

    出版者・発行元:Wiley Blackwell

    DOI: 10.1002/9781118577608.ch7  

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    This chapter provides an outline of the link of the wave energy, in the context of Kelvin waves confined in a circular cylinder, with a derivative of the dispersion relation. The chapter begins with a concise description of derivation of the wave energy using the Lagrangian displacement field. The authors briefly recall the Kelvin waves, a family of neutrally stable linear oscillations, in a confined geometry. They take, as a basic flow, the rigid-body rotation of an inviscid incompressible fluid confined in a cylinder of circular cross-section and of unit radius. The chapter establishes the relation of the formula of the wave energy with a derivative of the dispersion relation with respect to the frequency. Finally, it discusses the derivation of the mean flow induced by the nonlinear interactions of Kelvin waves and their utility for deriving the amplitude equations to third order.

  5. 25aKJ-10 平行シア流の安定性の必要十分条件に対する変分法的アプローチ(剛体・弾性体,複雑流体,非圧縮性流体,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    廣田 真

    日本物理学会講演概要集 68 (2) 220-220 2013年8月26日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  6. 26pEA-8 無衝突磁気リコネクションの加速機構における電子温度効果の役割(26pEA 領域2,地球電磁気・地球惑星圏学会,日本天文学会合同 プラズマ宇宙物理(3学会合同セッション:MHD,流体現象),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

    廣田 真, Morrison P. J., 石井 康友, 矢木 雅敏, 相羽 信行

    日本物理学会講演概要集 68 (1) 265-265 2013年3月26日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  7. 無衝突磁気リコネクションの加速機構における電子温度効果の役割

    廣田真, MORRISON P. J, 石井康友, 矢木雅敏, 相羽信行

    日本物理学会講演概要集 68 (1) 265 2013年3月5日

    ISSN:1342-8349

  8. Variational formulation of nonlinear hydrodynamic stability (Modern approach and developments to Onsager's theory on statistical vortices : RIMS合宿型セミナー報告集)

    廣田 真

    数理解析研究所講究録 1798 73-84 2012年6月

    出版者・発行元:京都大学

    ISSN:1880-2818

  9. 24aYG-9 エネルギー原理を用いた無衝突磁気リコネクションの非線形解析(24aYG 核融合プラズマ(MHD平衡・不安定性・磁気リコネクション,領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理)

    廣田 真, Morrison P. J., 石井 康友, 矢木 雅敏

    日本物理学会講演概要集 67 (1) 254-254 2012年3月5日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  10. 変分原理を用いた無衝突磁気リコネクションの解析 (オイラー方程式の数理 : カルマン渦列と非定常渦運動100年)

    廣田 真, Morrison P. J.

    数理解析研究所講究録 1776 115-125 2012年2月

    出版者・発行元:京都大学

    ISSN:1880-2818

  11. 電磁流体方程式の変分原理に基づいた非線形モード間相互作用の定式化 (オイラー方程式の数理 : 力学と変分原理250年)

    廣田 真

    数理解析研究所講究録 1749 61-72 2011年7月

    出版者・発行元:京都大学

    ISSN:1880-2818

  12. 25pGZ-3 流れをもつプラズマの連続スペクトルに対する作用・角変数理論(25pGZ 若手奨励賞受賞記念講演,領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

    廣田 真

    日本物理学会講演概要集 66 (1) 244-244 2011年3月3日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  13. 22pTE-6 Lie級数展開を用いた波と平均場の相互作用の評価法(22pTE 核融合プラズマ(波動・不安定性(2)),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

    廣田 真, 福本 康秀

    日本物理学会講演概要集 65 (1) 247-247 2010年3月1日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  14. プラズマ回転シアによる周辺MHDモードの不安定化機構について

    相羽信行, 古川勝, 廣田真, 徳田伸二

    日本物理学会講演概要集 65 (1) 245 2010年3月1日

    ISSN:1342-8349

  15. 25aYP-6 ラグランジュ的記述によるMHDモードの弱非線形解析(核融合プラズマ(磁場)(波動・不安定性),領域2,プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理)

    廣田 真

    日本物理学会講演概要集 64 (2) 110-110 2009年8月18日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  16. 楕円渦流上のKelvin波の弱非線形相互作用によって誘導される平均流 (非線形波動現象の数理と応用)

    彌榮 洋一, 福本 康秀, 服部 裕司, 廣田 真

    数理解析研究所講究録 1645 90-99 2009年4月

    出版者・発行元:京都大学

    ISSN:1880-2818

  17. 28pSA-2 波の作用を用いた共鳴減衰率の評価(28pSA プラズマ宇宙物理(MHD現象:MHD理論と実験),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

    廣田 真, 徳田 伸二

    日本物理学会講演概要集 64 (1) 222-222 2009年3月3日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  18. 22aZH-10 負のエネルギーをもつモードに起因するプラズマ流のMHD不安定性(22aZH 核融合プラズマ(MHD理論),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

    廣田 真, 徳田 伸二

    日本物理学会講演概要集 63 (2) 176-176 2008年8月25日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  19. Spectrum and Energy of Waves in Mean Shear Flows (Mathematical Analysis in Fluid and Gas Dynamics)

    廣田 真, 福本 康秀

    数理解析研究所講究録 1592 24-40 2008年4月

    出版者・発行元:京都大学

    ISSN:1880-2818

  20. 23aQF-4 流れ場中の波動のスペクトルとハミルトン構造(領域2,領域11合同シンポジウム エネルギーと保存則を考え直す-非エルミート作用素理論の進展と展望-,領域2,プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理)

    廣田 真

    日本物理学会講演概要集 63 (1) 213-213 2008年2月29日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  21. 22pRS-15 流れをもつプラズマにおけるMHD波のエネルギーと分岐理論(プラズマ基礎,領域2,プラズマ基礎・プラズマ科学・核談合プラズマ・プラズマ宇宙物理)

    廣田 真, 福本 康秀

    日本物理学会講演概要集 62 (2) 230-230 2007年8月21日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  22. 20aWD-7 シア流中における3次元摂動のスペクトルと波のエネルギー(流体物理(複雑流体・物体まわりの流れ・安全性など),領域11,統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)

    廣田 真, 福本 康秀

    日本物理学会講演概要集 62 (1) 282-282 2007年2月28日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  23. 渦管の3次元振動によって誘導されるドリフト流(流体数理(1),一般講演)

    廣田 真

    日本流体力学会年会講演論文集 2007 295-295 2007年

    出版者・発行元:日本流体力学会

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    Drift currents induced by linear waves are considered in a general manner by imposing the topological constraint (or isovortical condition) on disturbances. The evolution equation for the Lagrangian displacement field is essential for generating such isovortical motions. The wave energy is naturally defined up to of the second order, which includes the inner product of the mean flow and the drift current. This drift current is computed analytically for the case of the Kelvin waves in a vortex tube.

  24. 25pQB-2 非一様プラズマ中を伝播する音波と連続スペクトルの相互作用(25pQB プラズマ基礎(波動現象・不安定性・輸送),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

    廣田 真

    日本物理学会講演概要集 61 (2) 160-160 2006年8月18日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  25. 27pUC-2 変分原理で特徴づけられるMHD平衡のリアプノフ安定性理論(27pUC プラズマ基礎(不安定性・波動),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

    廣田 真, 吉田 善章

    日本物理学会講演概要集 61 (1) 202-202 2006年3月4日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  26. 流れをもつプラズマの安定性 : 非エルミート生成作用素,特異性,変分原理

    廣田 真

    プラズマ・核融合学会誌 82 (11) 789-791 2006年

    出版者・発行元:プラズマ・核融合学会

  27. AM06-06-018 シア流中の音波が引き起こす代数的不安定性(流体数理(4),一般講演)

    廣田 真

    日本流体力学会年会講演論文集 2006 173-173 2006年

    出版者・発行元:日本流体力学会

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    In a bounded shear flow of the compressible fluid model, resonant interaction among the acoustic waves and the continuum modes is fully investigated by the Laplace transform. The interaction stems from the degeneracy of the point and continuous spectra, which is possible since the linearized fluid equation is governed by a non-selfadjoint operator. For the case of uniform shear, three-dimensional disturbances exhibit an algebraic growth (∝ t) of a certain continuum mode. The nonuniformity of shear does not allow the presence of such a degenerated point spectrum, which implies the Landau damping (or growth) of the acoustic wave.

  28. 21pXK-3 薄い降着円盤における磁気回転不安定性のWKB解析(プラズマ宇宙物理,領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

    古川 勝, Krishant V., 廣田 真, 吉田 善章

    日本物理学会講演概要集 60 (2) 123-123 2005年8月19日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  29. 27aXG-3 Lagrange 表示を用いた Hall MHDの線形安定性解析(プラズマ基礎(輸送・非線形),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

    廣田 真, Hameiri E., 吉田 善章

    日本物理学会講演概要集 60 (1) 252-252 2005年3月4日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  30. 13pQA-9 超関数理論からみた MHD の連続スペクトル : 特異な固有モードによる揺らぎの分解(理論・数値計算 : 領域内横断, 領域 2)

    廣田 真, 吉田 善章

    日本物理学会講演概要集 59 (2) 164-164 2004年8月25日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  31. 27aWH-2 佐藤超関数理論による特異固有関数の構成 : 非エルミートAlfvenスペクトルの問題(プラズマ基礎・科学(波動))(領域2)

    廣田 真, 吉田 善章

    日本物理学会講演概要集 59 (1) 204-204 2004年3月3日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  32. 21pYB-11 MHD 安定性解析において現れる揺らぎの代数的成長 : 分散関係で記述されない不安定性

    廣田 真, 龍野 智哉, 吉田 善章

    日本物理学会講演概要集 58 (2) 170-170 2003年8月15日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  33. 28pYJ-6 シア流における揺らぎの代数的不安定性の導出 : 縮退した連続スペクトルの特異点解析

    廣田 真, 龍野 智哉, 吉田 善章

    日本物理学会講演概要集 58 (1) 215-215 2003年3月6日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  34. 7aSQ-5 高速プラマ流を用いた高ベーダプラス,閉じ込め(プラズマ・流体理論・数値解析(領域内横断),領域11合同,領域2)

    吉田 善章, 比村 治彦, 龍野 智哉, Volponi F., 伊藤 淳, 中島 千博, 大崎 秀一, 沼田 龍介, 斎藤 晴彦, 廣田 真, 若林 英紀, 白石 淳也, 深尾 正之, 小川 雄一, 森川 惇二, 大國 弘太郎

    日本物理学会講演概要集 57 (2) 162-162 2002年8月13日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  35. 27aXQ-5 非中性プラズマにおける 非エルミートダイナミックスの漸近解析(27aXQ プラズマ理論・数値計算(領域内横断),領域2(プラズマ物理・核融合,放電分野))

    廣田 真, 龍野 智哉, 近藤 重雄, 吉田 善章

    日本物理学会講演概要集 57 (1) 211-211 2002年3月1日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

  36. 26aB01 流れの安定化効果と不安定化効果 : Kelvin-Helmholtz不安定性の向こうに(プラズマ基礎・応用I)

    龍野 智哉, 廣田 真, 伊藤 淳, Volponi F., 吉田 善章, Mahajan S. M.

    プラズマ・核融合学会年会予稿集 (19) 63-63 2002年

    出版者・発行元:プラズマ・核融合学会

  37. 17aRA-10 プラズマ振動とカップルした静電的Kelvin-Helmholtzモードの代数的不安定性

    廣田 真, 龍野 智哉, 近藤 重雄, 吉田 善章

    日本物理学会講演概要集 56 (2) 122-122 2001年9月3日

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    ISSN:1342-8349

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講演・口頭発表等 51

  1. 圧縮性拡張 MHD 方程式の数値シミュレーション技法

    廣田 真

    日本物理学会 第77回年次大会 2022年3月16日

  2. 動的変化する壁面粗さ形状を用いた乱流遷移抑制効果の最適化

    城崎 孝之, 廣田 真, 服部 裕司

    第35回数値流体力学シンポジウム 2021年12月15日

  3. Optimization of Turbulent Transition Delay Effect Using Dynamically Transforming Roughness Elements

    T. Shirosaki, M. Hirota, Y. Hattori

    18th International Conference on Flow Dynamics 2021年10月29日

  4. Control of Gortler Vortices in High-Speed Boundary Layer Flows Using Nonlinear Boundary Region Equations

    O. Es-Sahli, A. Sescu, M. Z. Afsar, Y. Hattori, M. Hirota

    18th International Conference on Flow Dynamics 2021年10月29日

  5. Numerical Study on Local Scale Similarity of Primary and Secondary Crossflow Instability

    Makoto Hirota, Yuki Ide, Yuji Hattori

    18th International Conference on Flow Dynamics 2021年10月29日

  6. 散逸的拡張MHDシミュレーションにおける境界条件の実装

    廣田 真

    日本物理学会2021年秋季大会 2021年9月20日

  7. 波形粗さ要素による三次元境界層遷移の抑制効果

    廣田 真, 井手 優紀, 服部 裕司

    日本物理学会 第76回年次大会 2021年3月14日

  8. 横流れ不安定性のDNSに基づいた三次元境界層遷移モデルの構築

    廣田 真, 井手 優紀, 服部 裕司

    第34回数値流体力学シンポジウム 2020年12月22日

  9. Effect of wall cooling or heating on streaks streamwise vortices developing in compressible boundary layers

    A. Sescu, O. Es-Sahli, M. Afsar, Y. Hattori, M. Hirota

    73rd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics 2020年11月22日

  10. Investigation of an Optimal Control Approach in the Context of Compressible Boundary Region Equations

    O. Es-Sahli, A. Sescu, M. Afsar, Y. Hattori, M. Hirota

    73rd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics 2020年11月22日

  11. Control of Streamwise Vortices Developing in Compressible Boundary Layers

    O. Es-Sahli, A. Sescu, M. Afsar, Y. Hattori, M. Hirota

    17th International Conference on Flow Dynamics 2020年10月29日

  12. Modeling of Nonlinear Crossflow Instability in Three-dimensional Boundary Layer

    Makoto Hirota, Yuki Ide, Yuji Hattori

    17th International Conference on Flow Dynamics 2020年10月29日

  13. 拡張MHD方程式の線形安定性に対する変分原理と自己共役性

    廣田 真

    日本物理学会2020年秋季大会 2020年9月11日

  14. 磁気ヘリシティ入射と緩和の拡張 MHD シミュレーション

    廣田 真, Philip J. Morrison, Wendell Horton, 服部 裕司

    日本物理学会第75回年次大会 2020年3月

  15. Nonlinear dynamics of destabilized array of vortices in stratified fluid

    Yuji Hattori, Makoto Hirota

    72nd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics 2019年11月25日

  16. Development for a Theoretical Model of Crossflow-induced Boundary-layer Transition

    Makoto Hirota, Yuki Ide, Takahisa Hayashida, Yuji Hattori

    72nd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics 2019年11月23日

  17. Prediction of Crossflow-induced Boundary-layer Transition and its control by sinusoidal wall roughness

    廣田 真, 井手 優紀, 林田 貴寿, 服部 裕司

    第65回「乱流遷移の解明と制御」研究会 2019年11月18日

  18. Numerical Simulation of Vertical Vorticity Generation in Unstable Stratified Shear Flow

    Akira Takahashi, Makoto Hirota, Yuji Hattori

    16th International Conference on Flow Dynamic 2019年11月8日

  19. Scale Analysis for Primary and Secondary Instabilities of Three-dimensional Boundary Layer

    Makoto Hirota, Yuki Ide, Takahisa Hayashida, Yuji Hattori

    16th International Conference on Flow Dynamics 2019年11月8日

  20. 不安定密度成層せん断流における鉛直渦度発生の数値シミュレーション

    高橋 翠, 廣田 真, 服部 裕司

    日本流体力学会年会2019 2019年9月15日

  21. 成層流中の渦列の不安定化過程

    服部 裕司, 廣田 真

    日本流体力学会年会2019 2019年9月14日

  22. 電子慣性効果を含む拡張MHD方程式の境界条件

    廣田 真

    日本物理学会2019年秋季大会 2019年9月12日

  23. Prediction and control of boundary-layer transition induced by steady crossflow vortices

    Makoto Hirota, Yuki Ide, Takahisa Hayashida, Yuji Hattori

    IUTAM Symposium "Vortex dynamics in science, nature and technology" 2019年6月27日

  24. 壁面粗度による三次元境界層の遷移抑制効果の数値的検証

    廣田 真, 井手 優紀, 服部 裕司

    第64回「乱流遷移の解明と制御」研究会 2019年3月28日

  25. 孤立粗度による横流れ不安定性抑制効果の数値的検証

    廣田 真, 井手 優紀, 林田 貴寿, 服部 裕司

    第32回数値流体力学シンポジウム 2018年12月13日

  26. 後退翼周り境界層の遷移予測と制御に向けた直接数値解析と非線形安定性解析

    廣田 真, 井手 優紀, 林田 貴寿, 服部 裕司

    第56回飛行機シンポジウム 2018年11月15日

  27. Suppression Mechanism of Crossflow Vortices in a Three-dimensional Boundary Layer by Triggering Less Unstable Modes 国際会議

    M. Hirota, Y. Hattori

    15th International Conference on Flow Dynamics 2018年11月9日

  28. Sturm-Liouville型方程式の正則化によるシア流の安定性条件導出

    廣田 真

    日本流体力学会年会2018 2018年9月3日

  29. ACヘリシティ入射によって維持されるヘリカルなテイラー緩和状態の数値計算

    廣田 真, Philip J. Morrison, Wendell Horton, 服部 裕司

    Plasma Conference 2017 2017年11月24日

  30. Numerical simulation of magnetohydrodynamic relaxation controlled by external AC loop voltages 国際会議

    M. Hirota, P. J. Morrison, W. Horton, Y. Hattori

    14th International Conference on Flow Dynamics 2017年11月3日

  31. Magnetic helicity balance at Taylor relaxed states sustained by AC helicity injection 国際会議

    M. Hirota, P. J. Morrison, W. Horton, Y. Hattori

    59th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics 2017年10月25日

  32. Gyrofluid Energy Principle and Its Application to Fast Magnetic Reconnection 国際会議

    M. Hirota, P. J. Morrison

    1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics 2017年9月19日

  33. 交流電圧を用いた磁気ヘリシティ入射による定常電流駆動のシミュレーション

    廣田 真, Philip J. Morrison, Wendell Horton, 服部 裕司

    日本物理学会第72回年次大会 2017年3月18日

  34. 無衝突プラズマにおける爆発的磁気リコネクションの理論

    プラズマ・核融合学会第33回年会 2016年11月

  35. Stability Criteria for Circular Vortex Tubes with Smooth Vorticity Profiles 国際会議

    P. J. Morrison, Y. Hattori

    13th International Conference on Flow Dynamics 2016年10月

  36. Energy principle for a gyrofluid model and variational description of collisionless tearing modes 国際会議

    P. J. Morrison

    58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics 2016年10月

  37. Variational formalism for linear growth rates of collisionless tearing modes 国際会議

    IUTAM Symposium "Helicity Structures and Singularity in Fluid and Plasma Dynamics" 2016年4月11日

  38. 連続成層シア流の線形不安定化メカニズムと安定性のため十分条件

    P. J. Morrison

    日本物理学会 第71回年次大会 2016年3月19日

  39. 二流体効果がもたらすテアリングモードの爆発的成長 ~X型の電流・渦シート構造の形成とスケーリング則について~

    平成27年度NIFS共同研究研究会「電磁モデルによるプラズマ中の不安定性・乱流に関する理論・シミュレーション」 2015年12月17日

  40. Variational approach to stability boundary for the Taylor-Goldstein equation 国際会議

    68th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics 2015年11月23日

  41. Variational Stability Criteria for Stratified Shear Flows 国際会議

    12th International Conference on Flow Dynamics 2015年10月29日

  42. 交流ループ電圧による抵抗性プラズマへの磁気ヘリシティ入射効率

    日本物理学会2015年秋季大会 2015年9月16日

  43. Theoretical description of explosive magnetic reconnection in collisionless two-fluid models 国際会議

    M. Hirota, Y. Hattori, P. J. Morrison

    2015 Sherwood Fusion theory Conference 2015年3月17日

  44. Nonlinear analysis of explosive growth of collisionless magnetic reconnection in the presence of the effect of finite electron temperature 国際会議

    M. Hirota, Y. Hattori

    56th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics 2014年10月29日

  45. 有限電子温度効果が介在する爆発的磁気リコネクション

    廣田 真, 服部 裕司

    日本物理学会 第69回年次大会 2014年3月29日

  46. 爆発的磁気リコネクションにおける階層間相互作用

    平成25年度NIFS共同研究研究会「MHDおよび流体力学における流れの安定性に関する理論・シミュレーション研究」 2013年12月

  47. Variational analysis of linear stability of flowing equilibria based on action-angle representation 国際会議

    55th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics 2013年11月

  48. Variational Approach to Necessary and Sufficient Stability Conditions for Inviscid Shear Flow 国際会議

    10th International Conference on Flow Dynamics 2013年11月

  49. Variational approach to spectral stability criteria of inviscid flows 国際会議

    JSPS/UK Meeting ”TOPOLOGICAL VORTICITY DYNAMICS IN THE PHYSICAL SCIENCES” 2013年9月

  50. 平行シア流の安定性の必要十分条件に対する変分法的アプローチ

    日本物理学会 2013年秋季大会 2013年9月

  51. Variational approach to spectral stability of flowing plasmas

    第19回NEXT(数値トカマク)研究会 2013年8月29日

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産業財産権 1

  1. 隆起構造および翼

    廣田 真, 井手 優紀, 服部 裕司, 高見 光, 吉本 稔

    産業財産権の種類: 特許権

共同研究・競争的資金等の研究課題 5

  1. 2流体プラズマ中に現る正準フラックスチューブの可視化検出とそれへの凍結仮説の検証

    比村 治彦, 三瓶 明希夫, 廣田 真, 稲垣 滋

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Kyoto Institute of Technology

    2021年4月 ~ 2024年3月

  2. 自由境界プラズマに対する非線形拡張MHDシミュレーション技法の構築

    廣田 真

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2021年4月 ~ 2024年3月

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    真空領域と接する自由境界プラズマのシミュレーションを可能にするため、拡張磁気流体力学(MHD)の方程式を直接に解くための数値アルゴリズムの検討と実装を進めた。特に本手法で重要な役割を果たす電子慣性効果を考慮した場合に困難とされる境界条件については、数学的な定式化を明らかにし、数値的実装まで行うことができた。電気抵抗や電子粘性といった散逸項を陰解法で解く場合には、境界値が陽に定まっていない逆問題となるため、時間ステップごとに境界値を調節する操作が必要になる。これは磁場が無い場合のナビエ・ストークス方程式の粘性項と類似した問題であり、グリーン関数を用いた方法によって解決できた。これにより、正しい境界条件のもとで非圧縮プラズマの計算が可能になった。 さらに圧縮性プラズマの運動を解くためには、やはり電子慣性効果を扱うため、ベクトルポテンシャルの不均一拡散方程式を陰解法で解くアルゴリズムが必要になる。また、真空領域を電気抵抗の大きい絶縁プラズマで近似する際にも、同じアルゴリズムが必要である。具体的には時間ステップごとに反復解法を用いなければならないため、できる限り効率的なアルゴリズムの使用によって計算コストの増大を抑えることも重要である。本研究では共役勾配法の一種であるBi-CGSTAB法を応用し、この問題に適した前処理を考案することで反復解法が高速に収束することを示した。これにより、圧縮性の拡張MHDシミュレーションの実現に向けて大きく近づいたといえる。

  3. 拡張MHDモデルを用いた磁気ヘリシティ入射によるプラズマ電流駆動の理論構築

    廣田 真

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2016年4月 ~ 2020年3月

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    電磁流体力学(MHD)に二流体効果を追加したモデルである拡張MHD方程式を解く数値計算コードを開発した。特に、プラズマ中に磁気ヘリシティを入射する実験をシミュレーションすることを目的とし、導体壁に電圧を印加するための適切な境界条件を明らかにした。これによって、磁気ヘリシティ入射から複雑な乱流過程を経て自発的に発生する電流を評価することができるようになり、MHD理論に基づいた予測との定量的比較や二流体効果の影響の解析を行った。

  4. 多階層力学系への変分法的アプローチによる高温プラズマの爆発的崩壊機構の理論研究

    廣田 真, 服部 裕司

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究機関:Tohoku University

    2013年4月 ~ 2016年3月

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    高温プラズマにおいて起こる爆発的な磁気リコネクション(磁力線のつなぎ換え)の機構を明らかにするため、電子慣性と電子温度の効果を含んだ2流体プラズマモデルを用いて、テアリング不安定性の非線形発展を解析した。高解像度の数値シミュレーションを行うことにより、非線形段階の不安定成長には爆発的な傾向があることがわかり、その際、X型の電流シートがリコネクション点の近傍で局所的に発生し、拡大していくことを発見した。変分法に基づいた理論的考察により、このような局所的な磁気リコネクションが効率的に磁気エネルギーを解放していることを示し、新しい爆発的成長速度のスケーリング則を提案した。

  5. 非一様プラズマにおける無限自由度モード間相互作用のハミルトン力学的研究

    廣田 真

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究機関:Japan Atomic Energy Agency

    2010年 ~ 2012年

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    自然界や実験装置において観測されるプラズマの非一様な空間構造の形成メカニズムを探るため、従来用いられてきた局所近似(短波長近似)が成り立たないような巨視的(長波長)揺らぎに対するモード間相互作用の理論を構築した。無限自由度のハミルトン力学系の理論を発展させた新しい数理的技法を開発することにより、連続スペクトルまで考慮した巨視的モード間相互作用の定式化と具体的な現象への応用に成功した。

その他 5

  1. LHDにおけるプラズマ回転と圧力駆動型モードとの相互作用

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    近年のLHD実験では、モードの回転とプラズマの崩壊現象が注目されている。モードの回転が停止した直後に、磁場揺動が急激 に成長し、それに伴って、ベータ値が検証することが観測されている。LHDでは、圧力駆動型モードが最も危険な不安定性であ り、この場合も、そのうちの交換型モードによって崩壊が生じたものと理解できる。一方、この観測結果を逆に考えると、モー ドが回転している間は、成長が抑制されていたことを示唆していると解釈できる。そこで、本研究では、プラズマの回転が圧力 駆動型モードの成長を抑制できるかどうかについて、そのメカニズムの解明を理論的に進める。実験データも含めて直接LHDプ ラズマを取り扱う研究であるため、核融合科学研究所での共同研究として推進していかざるを得ない。

  2. LHDプラズマのMHD安定性に対するフローの影響

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    ヘリカル型原型炉を目指す上において、圧力駆動型モードに対するMHD安定限界の確定は極めて重要である。ところが、この安定 限界を規定する手法がまだ確立されていない。LHD実験では、線型理想安定性理論によって予測される安定限界よりも不安定な領 域において、最高ベータ値が達成されており、実験を説明できる物理メカニズムを解明する必要がある。その一つの重要な候補と して、プラズマ中に誘起されるフローが挙げられる。本研究では、反磁性効果及び径電場によるプラズマ中の自発的フローによる 効果を含んだ安定性解析を行い、安定限界指標の確立を目指す。そのためには、LHD実験との比較検証が不可欠である。一方で、 このようなプラズマフローはトカマク等でも議論されており、その数値的手法や基礎的物理の解明においては他分野の研究者との 連携も必要である。以上から、本研究は核融合科学得研究所の共同研究でなければならない。

  3. 共鳴摂動磁場を含むLHDプラズマの電磁流体力学的特性の理論解析

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    現在、世界中の多くの環状磁場閉じ込め装置において、圧力分布の局所的制御を目的として、共鳴摂動磁場(RMP)の研究が精力的に行われ ているが、その影響については、必ずしも明確になっていない。そこで、本研究では、MHD数値解析を用いて、特にLHDにおけるRMP印可 時におけるプラズマ挙動の解析を行う。まず、RMPの浸み込みに関する知見を得ることを目標とする。さらに、RMPによる圧力駆動型モード の振舞いの変化に着目し、線形モード構造の変化や、非線挙動による圧力分布の構造変化等について解析を行う。得られた結果を実験での観 測と比較し、観測結果のメカニズムの解明を行う。また、トカマク等の磁場閉じ込めプラズマでの挙動と比較し、RMPによる影響の総合的理 解を得ることも視野に入れている。このように、対象をLHDプラズマとし、実験研究者との綿密な議論を行うため、核融合科学研究所での共 同研究であることが必要である。

  4. トロイダルプラズマのMHD平衡・安定性に対する拡張モデリング

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    トロイダルプラズマに対する既存の平衡・安定性解析手法を拡張し、強い流れや高ベータ等の特徴をもつ先進的な閉じ込めに対応できる手法の確立を目的とする。トロイダル流及びポロイダル流をもつMHD平衡計算コードの開発、それを用いた線形安定性解析コードの開発、ホール項や有限ラーマー半径効果などを含んだ拡張MHDシミュレーションによる圧力駆動型不安定性の解析のためのモデルについての検討を行う。これらの課題は核融合科学研究所の数値実験プロジェクトの研究テーマに合致するものであり、また研究指導する総研大の学生に共同研究の機会を提供するためにも、核融合科学研究所の共同研究で行うことが必要である。

  5. LHDプラズマのMHD安定性特性の数値解析

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    本研究では、LHDプラズマの安定性特性について、非線型数値シミュレーションを行い、実験結果と比較することによって、そのMHD現象の物理的メカニズムの解明を目指す。特に、実験で得られている崩壊現象を取り上げ、崩壊の閾地を決める要因を探る。このような直接的なLHDプラズマの安定性特性を理論、実験の両面から探るには、本研究所の共同研究であることが必須である。また、トカマク等の他の核融合閉じ込め装置において、これまで蓄積されてきたシミュレーションの手法や結果、さらには実験結果等の知見も、このような研究には欠かせない重要な要素である。この観点から、本研究所の共同研究として行い、内外の研究者の英知を結集することが必要である。