受賞者

河原源太（京都大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻）

対象論文

Genta Kawahara and Shigeo Kida, Periodic Motion Embedded in Plane Couette Turbulence: Regeneration Cycle and Burst, Journal of Fluid Mechanics, Vol.449, (2001) 291-300

選考理由

境界を伴う乱流において，境界付近の渦の生成崩壊過程が乱流の平均的性質と密接に関連していることは，古くから予想され，その部分的な実証も行われてきた．しかし，そのような過程全体をいかなる理論的枠組の中に位置付けるべきか，という問題は，現在も研究が続けられている重要な問題である．河原氏らはこの課題に対し，2次元Couette乱流におけるミニマル乱流をとりあげ，その不安定周期解を数値的に求める，というアプローチを実行した．従来，主として10次元以下の系では，カオスの性質を不安定周期解の性質から説明することが行われていたが，この方法を，ミニマル乱流のように1万次元（系の次元）を越える系に適用することは，現在の計算機の能力からも，事実上不可能であろうと思われていた．しかし河原氏らは，限られた状況ながらも，乱流においてそれが実際に可能であることを示し，一連の渦生成崩壊過程を，Navier-Stokes方程式の不安定周期解が示す時間的変化，として位置付けることに成功した．さらに河原氏らは，定量的にも平均速度プロファイルやレイノルズ応力など少なくとも低次の相関量については，不安定周期解に沿う平均量が乱流における平均量と良く一致することを見出し，この不安定周期解が，乱流のアトラクタのいわば骨格をなすことを示した．河原氏らの結果は，限られたレイノルズ数ながらも，従来知られていた壁付近の渦の生成崩壊過程が，乱流平均量を与える要素的過程であることを，明確な形で示したもので，高く評価されるものである．またこれらの結果は，乱流のいわゆるコヒーレント構造に対しその力学系的解釈を与えるものであり，乱流現象の新しい描像と理論的アプローチの可能性を開いた点，さらには，非線形物理学の枠組の中に乱流現象を位置付ける方向を提示した点，において画期的なものと評価される．