乱流のエネルギー伝達経路を再構成、定説を覆す発見(Pitt Researchers Rewire the Energy Pathways of Turbulence)

2025-08-27 ピッツバーグ大学

ピッツバーグ大学の研究チームは、従来の理論では一方向と考えられてきた乱流中のエネルギー伝達(エネルギー流束)の方向を逆転させる、「新しいタイプの乱流流れ」を実現しました。この成果は、海洋や大気など自然界におけるエネルギーの伝わり方に関する従来の固定観念を覆すものであり、エネルギーの移動メカニズムに新たな視点を提供します。研究によって、特定条件下ではエネルギーが逆流する可能性が明らかになり、それが乱流制御やシミュレーション、さらには気候モデルや工学応用への応用に道を開くと期待されます。

<関連情報>

二次元流れにおけるテンソル幾何学による乱流エネルギー流束の方向制御 Manipulating the direction of turbulent energy flux via tensor geometry in a two-dimensional flow

Xinyu Si, Filippo De Lillo, Guido Boffetta, and Lei Fang
Science Advances  Published:25 Jul 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adv0956

乱流のエネルギー伝達経路を再構成、定説を覆す発見(Pitt Researchers Rewire the Energy Pathways of Turbulence)

Abstract

In turbulent flows, energy flux, the cornerstone of turbulence theory, refers to the transfer of kinetic energy across different scales of motion. The direction of net energy flux is prescribed by the dimensionality of the fluid system: Energy cascades to smaller scales in three-dimensional flows but to larger scales in two-dimensional (2D) flows. Manipulating energy flux is a formidable task because the energy at any scale is not localized in the physical space. Here, we report a theoretical framework that enables control over energy flux direction. On the basis of this framework, we conducted experiments and direct numerical simulations, producing a 2D turbulence with forward energy flux, contrary to classical expectations. Beyond theory, we discuss how our theoretical framework can have profound applications and implications in natural and engineered systems across length scale ranges from 10−3 to 106 meters, including enhanced mixing of microfluidic devices, biologically generated turbulence, breaking persistent coastal transport barriers, and ocean energy budget.

0106流体工学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました