Large scale numerical simulation for superfluid turbulence

超流動乱流に対する大規模数値シミュレーション

佐々 成正  ; 町田 昌彦  

Sasa, Narimasa; Machida, Masahiko

本論文は、液体ヘリウムを利用した高精度放射線検出装置開発に資することを目的とし、放射線により誘起される超流動乱流の動力学的性質や統計的性質を大規模数値シミュレーションした結果とその理論的考察により得られた結果を発表するものである。実施した大規模シミュレーション対象は、等方的な乱流状態であり、低波数にエネルギーを初期値として与え、その緩和をおもに観察した。その結果、発生し発達する量子渦の大規模乱流構造は、低波数領域では、通常流体乱流の渦構造と類似性を持つことが判明した一方、コルモゴロフ則が成立する慣性領域は、エネルギーカスケードの遅延によるボトルネック効果により通常乱流のものより狭くなることが確認された。これらの事実は、最近提唱され始めた超流動乱流の散逸ボトルネック効果を明らかに支持する結果であり、高精度に超流動乱流の特徴を明らかにした結果と位置付けられる。

Large scale numerical simulation of quantum turbulence is performed by using 3-D time-dependent Gross-Pitaevskii equation. The energy spectrum obeying Kolmogorov law and large scale self-similar structure of quantum vortex tangle are found in a fully developed dumped turbulent state. Width of the inertial range becomes large depending on the system size of the simulation that is consistent with the result of the normal fluid turbulence. On the other hand, bottleneck effect near coherent length prevents the inertial range from extending to smaller scale.