超音速噴流から発生する非線形音響波の発生機構の解明と定量的予測

Clarification of the generation mechanism and prediction of the acoustic waves from a supersonic jet.

今年度の成果

今年度は撹乱を与えた超音速ジェットの解析を行った．撹乱をあたえることで，乱流構造がより細か くなり，実験で見られている線形なせん断層の成長が観測された．また撹乱を与えたジェットは途中で 乱流遷移するジェットよりも音響レベルが大幅に下がることがわかった．

図1 撹乱あり（左）なし（右）の超音速ジェットの解析

【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：

500時間 2ケース 64プロセス 4コア MPI MPI

JSS-M，SORA-PP

成果の公表状況 査読付論文

1) Nonomura. T, Terakado. D, Abe. Y and Fujii. K, “A new technique for free stream preservation of finite-difference WENO on curblinear grid,” Compt. Fluids, 107, 242-255 (2015).

口頭発表

2) 野々村拓，藤井孝藏，“乱流遷移する超音速ジェットからの音響波の定量予測，”日本機械学会第92 期流体工学部門講演会，富山，2014年．

3) 野々村拓，渡辺 毅，阿部圭晃，藤井孝藏，“乱流遷移する超音速ジェットからの音響波に対する流入 せん断層パラメータの影響，”日本機械学会第92期流体工学部門講演会，富山，2014年．

4) G. Pichon, D. Terakado, T. Nonomura, K. Fujii, “Effect of highly disturbed nozzle-exit boundary layers on supersonic round jet noise creation,” 日本航空宇宙学会北部支部2015年講演会，能代，2014 年．

事業形態

JAXAプロジェクト

事業の責任者・構成員

責任者：宇宙科学研究所 太陽系科学研究系，清水敏文([email protected]) 構成員：東京大学大学院理学系研究科，川畑佑典([email protected])

名古屋大学大学院理学研究科/宇宙科学研究所 特別共同利用研究員，

伴場由美([email protected])

事業の目的

太陽観測衛星「ひので」が取得している太陽表面のベクトル磁場マップは，世界で最も高解像度でか つ高精度である．太陽表面に現れる活動領域（黒点がある領域）は，地球環境に影響を及ぼす太陽フレ アの発生源である．「ひので」のベクトル磁場マップを下部境界条件として，上空のコロナにおける磁場 構造をフォースフリー条件で推定する．推定された3次元磁場構造を用いて，フレア発生がどのような 磁場構造で発生するか，発現させる機構は何かについて探る．

事業の目標

太陽観測衛星「ひので」が2012年～2014年に観測に成功した，フレアを起こした活動領域について，

フォースフリー磁場の非線形計算を行い，フレア発生におけるコロナ磁場および発現機構に関する新た な知見を得る．

事業の中でスパコン利用が果たす役割

フォースフリー磁場の非線形モデル計算には膨大な繰り返し計算が必要となる．1マップに対する計算 に，スパコンで4-5時間必要とする．スパコン利用によって，様々なフレアや活動領域の計算を多数実施 することが可能となるはずで，解析研究にスパコン利用が果たす役割は大きい．

今年度の成果

3月あたまからスパコン利用を始め，まずInoue et al. (2008, 2011, 2012 ApJ)が開発した非線形フォ ースフリー磁場のモデリングコードをJAXAスパコンにて使用できるように移植した．太陽観測衛星「ひ ので」が2014年2月2日に得た光球磁場を境界条件として，非線形フォースフリー磁場のモデルを用 いて太陽コロナ磁場を計算した．磁場の三次元構造を可視化することで，太陽フレアが発生したと考え られる磁場のnull点の存在の確認に成功した．

5 4. 非線形フォースフリー磁場計算による「ひので」観測からの太陽コロナ磁場推定

NLFFF calculation of the solar coronal magnetic field based on Hinode observations

図1 白と黒の背景は「ひので」が観測した太陽表面の光球磁場．

【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：

4-5時間 3ケース 24プロセス 1コア MPI なし

SORA-TPP

成果の公表状況 無し

年間利用量

SORA-PP SORA-LM SORA-TPP

コア割当時間[コア･h] 22.54 1356.43

事業形態 一般研究

事業の責任者・構成員

責任者：宇宙科学研究所，田中 智([email protected])

構成員：東京大学大学院 宇宙科学研究所，滝田 隼([email protected])

事業の目的

はやぶさ2探査機搭載中間赤外カメラで取得される見込みの空間解像された天体の表面温度データを 解析する場合に必要となる数値シミュレーションに関する研究および検討．

事業の目標

近接観測に伴い天体表面の地形，凹凸などの複雑形状が表面温度および分析にどの程度の影響を与え るのかを定量化し，観測運用ならびに解析時の計算に用いるべき表面メッシュの規模，熱モデルに必要 な形状モデルの空間解像度を明らかにする．

事業の中でスパコン利用が果たす役割

数百万面以上のノードを構成する微小面要素からなる形状モデルを用いた大規模な数値解析が可能に なる．

今年度の成果

スパコンの利用を始めるにあたっての基礎的な技能の習得およびプロセス並列のためのプログラミン グ技法の実践的理解，ならびに300コア並列による20万面程度の規模の計算の実施．