リコネクション率に伴って変化する X-line 近傍の電場構造に関する研究

事業形態 大学共同利用

事業の責任者・構成員

責任者：宇宙科学研究所 GEOTAILプロジェクト，斎藤義文(saito.yoshifumi@jaxa.jp) 構成員：宇宙科学研究所 GEOTAILプロジェクト，清水健矢(k.shimizu@stp.isas.jaxa.jp)

宇宙科学研究所 GEOTAILプロジェクト，篠原 育(iku@stp.isas.jaxa.jp) 宇宙科学研究所 GEOTAILプロジェクト，小川匡教(ogawa@stp.isas.jaxa.jp) 宇宙科学研究所 GEOTAILプロジェクト，藤本正樹(fujimoto@stp.isas.jaxa.jp)

事業の目的

ジオテイル衛星観測データによる科学研究を進める．

事業の目標

ジオテイル衛星観測に関連する科学成果を創出する．

事業の中でスパコン利用が果たす役割

ジオテイル衛星観測データの理解に数値的裏付けを与える．

今年度の成果

リコネクション率は X-line 近傍の電子の物理によって支配されているのではなく，より大規模な

X-lineを囲むイオンスケールの状況によって支配されている．しかし，X-lineにおける電場とX-lineの

周囲の状況がどのように相互作用しているかはよく知られていない．ここでは，反平行磁場が向かい合 って薄い電流層を形成する最も単純な系をPICシミュレーションで再現し，リコネクションの成長段階 や減衰段階におけるX-line近傍の電磁場構造変化に着目した．その結果，内部電子拡散領域端における 磁場の電流層垂直方向成分の時間変化が，X-line におけるリコネクション率の時間変化と強い関連性を 持つことが分かった（図1）．また，成長段階と減衰段階の比較から，X-lineにおけるリコネクション率 は，内部電子拡散領域端における電場の空間勾配を介して外部電子拡散領域端における電場の影響を受 けていることが分かった（図2）．さらに，これらの結果はX-lineの移動や磁気島放出を含むより複雑な

(a)

(b)

図1 (a)X-lineにおけるリコネクション率の時間発展，(b)内部電子拡散領域端における磁場の電流

層垂直方向成分の時間発展（赤線）と，内部電子拡散領域の長さ（緑線）と幅（青線）の時 間発展．内部電子拡散領域端における磁場の急激な減少はリコネクション率のピーク時にみ られ，その後両者がほぼ一定となる準定常期がある．

【計算情報】

1ケースあたりの経過時間：

ケース数：

ジョブの並列プロセス数：

プロセスあたりのコア数(=スレッド数) ： プロセス並列手法：

スレッド並列手法：

利用計算システム：

50時間 4ケース 40プロセス 160コア MPI OpenMP

JSS-M，SORA-PP，SORA-TPP

図2 X-line近傍における電場(Ey（赤線），-(Ve×B)y（緑線））の下流方向プロファイル．(a)t=26， (b)t=30，(c)t=36，(d)t=40．電場構造はリコネクション率に伴って変化する．また，外部電 子拡散領域端における電場がゼロでない限り磁気リコネクションは持続する．

【計算情報】

1ケースあたりの経過時間：

ケース数：

ジョブの並列プロセス数：

プロセスあたりのコア数(=スレッド数) ： プロセス並列手法：

スレッド並列手法：

利用計算システム：

50時間 4ケース 40プロセス 160コア MPI OpenMP

JSS-M，SORA-PP，SORA-TPP

成果の公表状況 口頭発表

1) K.Shimizu, M.Fujimoto, and I.Shinohara, Time-varying structure of electric field around an X-line

事業形態 大学共同利用

事業の責任者・構成員

責任者：九州工業大学大学院工学研究院機械知能工学研究系，

坪井伸幸(tsuboi@mech.kyutech.ac.jp) 構成員：九州工業大学大学院工学府機械知能工学専攻・博士課程2年，

武藤大貴(daiki.muto@gmail.com) 九州工業大学大学院工学府機械知能工学専攻・修士課程2年，

荒木孝行(takaboy400@gmail.com) 衞藤 遥(bt.tper@gmail.com)

坂井敦紘(sakaiatsuhiro@gmail.com) 渡辺裕介(guren218@gmail.com) 九州工業大学大学院工学府機械知能工学専攻・修士課程1年，

坂本まい(mai.sakamoto.0307@gmail.com) 野坂拓矢(perunessi@gmail.com)

芝尾将史(masafumi627@gmail.com)

事業の目的

国産ロケットエンジンおよび超音速エンジンの開発において，ノズルや燃焼器に関する評価やそれに 関連する基礎研究を実施する．

事業の目標

国産ロケットエンジンおよび超音速エンジンの開発において，効率的な数値計算手法の開発と学術 的・実用的に重要な流体燃焼現象を明らかにする．

事業の中でスパコン利用が果たす役割

燃焼を含む流れは計算コストが非常に高いものが多く，ロケットエンジンの燃焼や爆轟現象の解析は その代表的なものである．スパコンが果たす役割は，ワークステーションクラスでは計算時間が非常に かかるようなこのような問題を，短時間で効率的に解くことを可能とするものである．

今年度の成果

液体ロケットエンジン内部の流れ場を効率的に解くことを目的として，比熱比が変化する反応性流体 を対象として，多化学種の質量保存式を含む圧縮性非定常前処理法を新たに構築した．そして，低速の 酸水素剪断流に対する非定常性現象について解析が可能であることが示された．