小林　宏充 （コバヤシ　ヒロミチ）

Kobayashi, Hiromichi

写真a

所属（所属キャンパス）

法学部 （日吉）

職名

教授

外部リンク
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教員からのメッセージ 【 表示 ／ 非表示 】

  • 「物理学」のシラバス： 　皆さんは身の回りで起こっている現象の裏に潜む物理法則に興味はないでしょうか？例えば、昼間の空は青いが、夕暮れには空が赤くなるなるのはなぜでしょう。これは、光の散乱に関する法則から説明されます。飛行機が飛ぶのはなぜか。これは、カーブボールが曲がるのと同じ物理法則で説明できる。電子レンジを使うと冷めた料理が温められるのはなぜか。これは、テレビやラジオさらには携帯電話などで使われている電磁波が関係している。 　このように講義では、身の回りの物理現象を取り上げ、その現象はどのような物理法則に支配されているかを明らかにしていく。自然現象に潜む物理法則を見つけ出し、その法則を科学技術に応用してきた偉大な科学者たちの功績を理解し、身の回りの現象に「なぜ」と疑問を持って、そこにはどのような法則が働いているのかという物理的な考え方を講義および実験から学んでいただきたい。 　本授業では、講義と実験を隔週で行い、それぞれ出席点とレポートにより評価をする。実験は、物理学教室編集のテキストに従って、毎回異なるテーマについて行う。実験定員は６０名。

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総合紹介 【 表示 ／ 非表示 】

  • 乱流モデル（Large Eddy Simulation），電磁流体(Magnetohydrodynamics (MHD))発電、量子乱流、プラズマ流といった流体現象を数値計算を用いて研究

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経歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 1998年04月
    -
    1999年03月

    科学技術振興事業団 研究員

  • 1999年04月
    -
    2003年03月

    慶應義塾大学 専任講師(法学部)

  • 2003年04月
    -
    2009年03月

    慶應義塾大学 助教授(法学部)

  • 2005年03月
    -
    2007年03月

    米国スタンフォード大学 Center for Turbulence Research Senior Visiting Fellow

  • 2009年04月
    -
    継続中

    慶應義塾大学 教授(法学部)

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学歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 1994年03月

    東京工業大学, 理学部, 応用物理学科

    大学, 卒業

  • 1996年03月

    東京工業大学, 総合理工学研究科, エネルギー科学専攻

    大学院, 修了, 修士

  • 1998年03月

    東京工業大学, 総合理工学研究科, 創造エネルギー専攻

    大学院, 修了, 博士

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学位 【 表示 ／ 非表示 】

  • 工学博士, 東京工業大学, 課程, 1998年03月

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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 流体工学 （Fluid Engineering）

  • 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎 （数理物理）

  • エネルギー / プラズマ科学 （Plasma Science and Technology）

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研究テーマ 【 表示 ／ 非表示 】

  • Large Eddy Simulation における各種モデルの性能比較, 

    1999年
    -
    継続中

  • 量子乱流の研究, 

    2017年
    -
    継続中

  • 電磁流体力学（ＭＨＤ）発電, 

    1998年
    -
    継続中

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著書 【 表示 ／ 非表示 】

  • 環境学入門 法学・経済学・自然科学から学ぶ

    青木淳一、一ノ瀬大輔、小林宏充、小島恵、山本雅資、秋山豊子、土居志織、林健太郎、山崎友莉子、林良信、糟谷大河、坂上紳、宮本佳明、清家裕, 慶應出版会, 2024年06月,  ページ数： 208

  • 電磁界応答流体によるエネルギー・環境技術の新展開

    小林 宏充, 電気学会, 2022年08月

  • 環境負荷の低減を目指したMHD発電技術と応用

    小林 宏充, 電気学会, 2020年05月

    担当範囲: 33-36

  • 法学・経済学・自然科学から考える環境問題

    青木淳一、秋山豊子、大平哲、金谷信宏、小林 宏充、杉本憲彦、六車明, 慶應義塾大学出版会, 2017年08月

  • 高効率MHD発電とその応用

    小林 宏充, 電気学会, 2017年05月

    担当範囲: 18-22

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

  • Quantum Turbulence Coupled with Externally Driven Normal-Fluid Turbulence in Counterflow of Superfluid 4He

    Yui S., Kobayashi H., Tsubota M., Yokota R.

    Journal of the Physical Society of Japan 94 （ 4 ）  2025年04月

    ISSN  00319015

    　概要を見る

    The coupled dynamics of quantum turbulence (QT) and normal-fluid turbulence (NFT) have been a central challenge in quantum hydrodynamics. We numerically studied the coupled dynamics of the two turbulences in thermal counterflow. NFT is driven by external forces to control its turbulent intensity, and the fast multipole method accelerates the calculation of QT. We show that NFT enhances QT via mutual friction. The vortex line density L of the QT satisfies the statistical law L1/2 ≈ γVns with the counterflow velocity Vns. It is found that the response coefficient γ is amplified by NFT. We propose a theoretical insight into the relation between the two turbulences.

  • Turbulent Taylor-Couette flow with magnetohydrodynamic interaction in axial magnetic field

    Kobayashi H., Hasebe T., Fujino T., Takana H.

    Physics of Fluids 37 （ 2 ）  2025年02月

    ISSN  10706631

    　概要を見る

    Turbulent Taylor-Couette flow applied in the axial magnetic field with upper and lower walls is numerically investigated by large-eddy simulation. As the Hartmann number increases proportional to the magnetic field, turbulent fluctuations are suppressed, and the flow is laminarized. The alignment of vortex structures is drastically changed from the azimuthal direction to the axial direction. The fine streaks near the inner wall are suppressed, and the high-speed triplet streaks emerge near the inner wall. The electric current streamlines reveal the feature of the difference between open and short circuit conditions.

  • Large-eddy simulation of high-Reynolds-number turbulent channel flow controlled using streamwise travelling wave-like wall deformation for drag reduction

    Nabae Y., Inagaki K., Kobayashi H., Gotoda H., Fukagata K.

    Journal of Fluid Mechanics 1003 2025年01月

    ISSN  00221120

    　概要を見る

    We investigate the drag reduction effect of the streamwise travelling wave-like wall deformation in a high-Reynolds-number turbulent channel flow by large-eddy simulation (LES). First, we assess the validity of subgrid-scale models in uncontrolled and controlled flows. For friction Reynolds numbers and, the Smagorinsky and wall-adapting local eddy-viscosity (WALE) models with a damping function can reproduce well the mean velocity profile obtained by direct numerical simulation (DNS) in both the uncontrolled and controlled flows, leading to a small difference in drag reduction rate between LES and DNS. The LES with finer grid resolution can reproduce well the key structures observed in the DNS of the controlled flow. These results show that the high-fidelity LES is valid for appropriately predicting the drag reduction effect. In addition, a small computational domain is sufficient for reproducing the turbulence statistics, key structures and drag reduction rate obtained by DNS. Subsequently, to investigate the trend of drag reduction rate at higher Reynolds numbers, we utilize the WALE model with the damping function to investigate the control effect at higher Reynolds numbers up to. According to the analyses of turbulence statistics and instantaneous flow fields, the drag reduction at higher Reynolds numbers occurs basically through the same mechanism as that at lower Reynolds numbers. In addition, the drag reduction rate obtained by the present LES approaches that predicted using the semi-empirical formula (Nabae et al., Intl J. Heat Fluid Flow, vol. 82, 2020, 108550) as the friction Reynolds number increases, which supports the high predictability of the semi-empirical formula at significantly high Reynolds numbers.

  • Influence of different mutual friction models on two-way coupled quantized vortices and normal fluid in superfluid He 4

    Kobayashi H., Yui S., Tsubota M.

    Physical Review Fluids 9 （ 10 ）  2024年10月

    　概要を見る

    We study the influence of two mutual friction models on quantized vortices and normal fluid using two-way coupled simulations of superfluid He4. The normal fluid is affected by quantized vortices via mutual friction. A previous study [Y. Tang, Nat. Commun. 14, 2941 (2023)2041-172310.1038/s41467-023-38787-w] compared the time evolutions of the vortex ring radius and determined that the self-consistent two-way coupled mutual friction (S2W) model yielded better agreement with the experimental results than the two-way coupled mutual friction (2W) model whose model parameters were determined through experiments with rotating superfluid helium. In this study, we compare the two models in more detail in terms of the quantized vortex ring propagation, reconnection, and thermal counterflow. We show that the S2W model exhibits better results than the 2W model on the microscopic scale near a quantized vortex, such as during quantized vortex ring propagation and reconnection, although the S2W model requires a higher spatial resolution. For complex flows such as a thermal counterflow, the 2W model can be applied even to a low-resolution flow while maintaining the anisotropic normal fluid velocity fluctuations. In contrast, the 2W model predicts lower normal fluid velocity fluctuations than the S2W model. The two models show probability density functions with-3 power-law tails for the normal fluid velocity fluctuations.

  • Highly Reproducible Synthesis of Hollow Zirconia Particles via Atmospheric-Pressure Plasma Processing with Inkjet Droplets

    Nitta K., Sakai T., Muneoka H., Shimizu Y., Kobayashi H., Terashima K., Ito T.

    Plasma Chemistry and Plasma Processing （Plasma Chemistry and Plasma Processing）  44 （ 1 ） 289 - 303 2024年01月

    ISSN  02724324

    　概要を見る

    Hollow particles have attracted considerable attention owing to their unique properties. In this study, hollow monoclinic zirconia particles were directly synthesized from inkjet droplets of a zirconyl hydroxychloride aqueous solution via atmospheric-pressure plasma processing. Hollow structures with craggy surfaces were obtained in the plasma at gas temperatures above 1000 K. The steep solvent evaporation rate induced by the localized high-energy reaction field of the atmospheric-pressure plasma may have induced solute condensation near the droplet surface and contributed to the formation of hollow particles. The average diameter of the synthesized particles was ~ 3 μm, while their size distribution was narrow (coefficient of variation: 0.06–0.10). The high reproducibility of the synthesized particles was attributed to the small variations in inkjet droplet size. The proposed method enables the rapid synthesis of hollow particles of various inorganic materials, while controlling their number and composition.

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

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総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

  • 乱流モデルの学び方

    小林宏充

    日本流体力学会誌ながれ 40 （ 3 ） 236 - 236 2021年06月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 単著

  • 超流動ヘリウムのゆらぎをランダウの2流体モデルで描像する-量子流体力学の最新理論

    小林宏充、湯井悟志、坪田誠

    academist Journal  2020年

    記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）, 共著

  • 量子乱流状態における超流動の2流体模型ー量子渦と熱励起成分の相互作用が引き起こす奇妙な現象

    湯井悟志、小林宏充、坪田誠

    日本物理学会誌 76 （ 1 ） 28 - 33 2020年

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 共著

  • サブグリッドスケール乱流モデルにおける生成散逸非平衡効果の検討

    稲垣和寛，小林宏充

    日本流体力学会誌ながれ，[特集] 注目研究 in 年会2019 38 （ 6 ） 403 - 406 2019年12月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 共著

  • 細分化格子LBMの複数GPU計算に基づく自転車の集団走行の空力計算

    長谷川雄太，青木尊之，小林宏充，白﨑啓太

    日本流体力学会誌ながれ ，[特集] 注目研究 in CFD32 38 （ 2 ） 97 - 100 2019年02月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 共著

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研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

  • Polarized filaments and decay of quantum turbulence coupled with normal-fluidturbulence in superfluid helium-4

    Satoshi Yui, Hiromichi Kobayashi, Makoto Tsubota, Tomokazu Saito, Rio Yokota

    The 2024 International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2024) （ジャクソンビ） , 

    2024年07月
    , 

    ポスター発表

  • Quantum Turbulence Generated by Normal-Fluid Wall Turbulence in Co-flow of Superfluid 4He

    Yudai Yabuuchi, Satoshi Yui, Hiromichi Kobayashi, Makoto Tsubota

    The 2024 International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2024) （ジャクソンビル） , 

    2024年07月
    , 

    ポスター発表

  • Interaction between quantum turbulence and normal-fluid turbulence in superfluid helium

    Hiromichi Kobayashi, Satoshi Yui, Makoto Tsubota, Tomokazu Saito, Rio Yokota

    Thirteenth International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP13) （Montréal,） , 

    2024年06月

  • LES of MHD Taylor-Couette flow for control of wind turbines

    Hiromichi Kobayashi, Takahiro Hasebe, Takayasu Fujino, Hidemasa Takana

    9th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS) （Lisboa） , 

    2024年06月
    , 

    口頭発表（一般）

  • Statistical properties of supersaturation fluctuations in isotropic turbulence studied by LES.

    Hiromichi Kobayashi, Toshiyuki Gotoh

    5th International Workshop on Cloud Turbulence （名古屋） , 

    2024年03月
    , 

    口頭発表（一般）

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2相乱流の普遍統計法則の解明による流体機器の混合促進機能向上

    2022年04月
    -
    2026年03月

    日本学術振興会, 科学研究費補助金 (文部科学省・日本学術振興会）基盤研究(B), 小林宏充、横田理央, 基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

    　研究概要を見る

    超流動ヘリウム冷却機器や分散相である微粒子・噴霧を含む流体機器の性能向上には、分散相による流体の乱流化や分散相自体も乱流となる2相乱流現象のより厳密な解明が不可欠である。最近の超流動ヘリウムダクト流実験では、分散相に相当する粘性ゼロの量子渦と粘性をもつ常流体の2相流乱流強度が通常の20倍になるなど、工学的応用価値を秘めた全く新たな知見が報告されているが、それらの物理現象は未解明である。本研究では、超流体・常流体間の相互摩擦力を介して2相を結合する独自手法により、2相乱流のエネルギー輸送など普遍統計法則を明確にし、2相乱流を有する流体機器の革新的な混合促進機能の向上に資するものとする。

  • 低環境負荷シードフリー高効率ＭＨＤ発電の高性能化実証研究

    2020年04月
    -
    2025年03月

    東京工業大学, 奥野 喜裕、小林 宏充, 藤野 貴康, 高奈 秀匡, 基盤研究(A), 研究分担者

    　研究概要を見る

    多様な熱源に適応する高効率クローズドサイクルＭＨＤ（電磁流体力学）発電の実用化研究において，研究代表者は，「シード」（作動気体への金属蒸気の微量添加）のフリー化というブレークスルーを世界で初めて展開するに至っている。本研究は，低環境負荷シードフリー高効率ＭＨＤ発電の実用化を見据えた高性能化実証を一気に進め，その開発ロードマップを確固たるものにすることを目的とし，既存技術にはないＭＨＤ発電の特徴を生かしたエネルギーシステムの構築を通して社会貢献に資するものとする。

  • 雲乱流における混合輸送現象と雲マイクロ物理過程の大規模数値計算による解明

    2020年04月
    -
    2025年03月

    名古屋工業大学, 後藤 俊幸、渡邊 威, 三浦 英昭, 小林 宏充, 島 伸一郎, 齋藤 泉, 基盤研究(A), 研究分担者

    　研究概要を見る

    雲中の乱流による乾燥・湿潤空気及び熱の混合と揺らぎの統計法則，エアロゾル輸送と雲粒子の生成・成長から雨粒子形成，雲粒子による乱流変調など雲マイクロ物理過程の全貌をサブμmから数mm，数mmから数mにわたる大規模シミュレーションを駆使して統一的な視点から解明する.

  • 量子乱流と常流体乱流の結合計算による2流体乱流の特性解明

    2018年04月
    -
    2021年03月

    日本学術振興会, 科学研究費補助金 (文部科学省・日本学術振興会）基盤研究(C), 小林宏充、坪田 誠, 基盤研究(C), 補助金,  研究代表者

    　研究概要を見る

    極低温の液体ヘリウムは、粘性ゼロの超流体と粘性を持つ常流体が混合した2流体状態にある。その液体ヘリウムで満たされた矩形ダクトの一方をヒーターで熱すると常流体は低温側に、超流体は高温側に移動する。流速が増加すると、超流体中の量子渦が毛玉のようになる量子乱流となり、常流体と相互作用して超流体が流れにくくなる。2015年に米国で行われた実験で、量子渦に次いで、常流体の速度分布の可視化が可能になった。その結果、流速が増加するにつれて常流体は放物形から平坦化した流れ、次いで乱流になることがわかった。そこで、今年度は下記について研究を行った。
    流れに乗って渦点が動いていく渦糸計算で解析される量子乱流と固定した計算格子において流れの変形を解析する常流体といった異なる計算系の現象を解析するため、相互摩擦力を介した2流体カップリング計算の実装に成功した。その結果、流速が増加して、渦糸密度が増加すると、相互摩擦力が強くなり、常流体は平坦化した速度分布になることがわかった。その後は、圧力勾配と相互摩擦力が釣り合い、放物形分布に戻ることも明らかになった。この成果は、物理系で著名な雑誌Physical Review Lettersに掲載された。
    また、相互摩擦力が存在する実験下では、矩形ダクト入口から一様な分布で流入した常流体が放物形の定常流れになるまでの助走距離が、短くなることが知られている。そこで、超流体も常流体と同じくNavier-Stokes方程式で扱えるように粗視化した方程式により、超流体が相互摩擦力によって変形した状態で常流体の入口へ向かって流れてくるために、一様な分布で流入する常流体は相互摩擦力によって早期に変形を受けることで、助走区間が短くなることがわかった。また超流体の移流項から予見される超流体の乱流粘性を渦粘性として近似することで、管壁の流速分布が平坦化する現象の再現に成功した。
    計算の取り合い方の異なる超流体と常流体の2流体結合計算に成功し、1流体のみの変形を扱ってきたこれまでの計算では再現できない現象を再現ならびに解明できたから。
    今後は、本研究手法を発展させ、実験では情報が少なく解明できない様々な特異現象を、計算によって解明していく。まずは、量子乱流がさらに高濃度になる場合にも高速に計算ができるようにする。これによって、さらに強い相互摩擦力下での2流体結合計算が可能となり、常流体の非等方な速度変動など、相互摩擦力の局所的な変動について詳細な検討が可能となる。また、常流体も乱流状態で計算できるようにモデル化も含めて平行して検討を進める。

  • 乱流中のスケール間エネルギー輸送の解析的評価

    2014年04月
    -
    2017年03月

    日本学術振興会, 科学研究費補助金(文部科学省・日本学術振興会）基盤研究(C), 小林宏充, 補助金,  研究代表者

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Works 【 表示 ／ 非表示 】

  • FD(Faculty Development)WORKSHOP第1回/双方向授業を目指して－携帯電話によるアンケート・小テストの実施－

    小林 宏充

    慶應義塾大学日吉キャンパス来往舎, 

    2004年10月
    -
    継続中
    , 

    その他, 共同

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

  • HPCS 2013（ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム）最優秀論文賞

    小野寺 直幸，青木 尊之，下川辺 隆史，小林 宏充, 2013年01月, 格子ボルツマン法による1m格子を用いた都市部10km四方の大規模LES気流シミュレーション

    受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  • 京コンピュータ・シンポジウム2012最優秀ポスター

    Xian Wang, Satori Tsuzuki, Takayuki Aoki, Hiromichi Kobayashi, Naoyuki Onodera, Tatsuji Miyashita, 2012年06月

    受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  • 2009年度 日本流体力学会 竜門賞

    小林 宏充, 2010年02月, 日本流体力学会, 乱流構造に基づくサブグリッドスケールモデルの開発

    受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

    　説明を見る

    以下3つの業績による。
    (1) H. Kobayashi: "The subgrid-scale models based on coherent structures for rotating homogeneous turbulence and turbulent channel flow," Physics of Fluids, Vol. 17, 045104 (2005). (2) H. Kobayashi, F. Ham and X. Wu: "Application of a local SGS model based on coherent structures to complex geometries," International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, pp.640 - 653 (2008). (3) H. Kobayashi: "Large eddy simulation of magnetohydrodynamic turbulent duct flows," Physics of Fluids, Vol.20, 015102 (2008).

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担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

  • 自然科学研究会Ⅳ

    2025年度

  • 自然科学研究会Ⅲ

    2025年度

  • 物理学Ⅱ（実験を含む）

    2025年度

  • 物理学Ⅰ（実験を含む）

    2025年度

  • 自然科学研究会Ⅳ

    2024年度

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学術貢献活動 【 表示 ／ 非表示 】

  • はままつ産業創造センター

    2007年12月
    -
    2008年07月

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

  • American Physical Society, 

    2008年
    -
    継続中

  • 日本流体力学会, 

    2004年
    -
    継続中

  • 日本機械学会, 

    1999年
    -
    継続中

  • 日本物理学会, 

    1999年
    -
    継続中

  • 電気学会, 

    1997年
    -
    継続中
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委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2022年04月
    -
    継続中

    代議員, 日本流体力学会

  • 2022年04月
    -
    2023年03月

    実行委員, 第36回 数値流体力学会

  • 2021年08月
    -
    継続中

    Advisory Committee Member, Paper review subcommittee, 12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP-11), Southampton 2019

  • 2021年04月
    -
    継続中

    理論応用力学分科会・IUTAM国際連携小委員会 委員, 第25期日本学術会議

  • 2020年04月
    -
    2022年03月

    代議員, 日本流体力学会

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