Updated on 2023/02/01

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WATANABE, Masahito
 
Scopus Paper Info  
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Citation count denotes the number of citations in papers published for a particular year.

Affiliation
Faculty of Science and Engineering, School of Fundamental Science and Engineering
Job title
Research Associate

Education

  • 2019.04
    -
    Now

    早稲田大学大学院 基幹理工学研究科 機械科学・航空宇宙専攻 博士後期課程  

  • 2017.04
    -
    2019.03

    早稲田大学大学院 基幹理工学研究科 機械科学専攻 修士課程  

  • 2013.04
    -
    2017.03

    早稲田大学 基幹理工学部 機械科学・航空学科  

Research Experience

  • 2020.04
    -
    Now

    早稲田大学 理工学術院   助手

Professional Memberships

  • 　
    　
    　

    The American Society of Mechanical Engineers (ASME)

  • 　
    　
    　

    Society of Industrial and Applied Mathematics (SIAM)

  • 　
    　
    　

    日本機械学会

  • 　
    　
    　

    日本応用数理学会

 

Research Areas

  • Applied mathematics and statistics

  • Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics

  • Fluid engineering

Research Interests

  • PIV

  • 不変多様体

  • Lagrangian Coherent Structure

  • 分岐

  • カオス

  • 流体混合

  • 非線形力学

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Papers

  • Resonance, symmetry, and bifurcation of periodic orbits in perturbed Rayleigh–Bénard convection

    Masahito Watanabe, Hiroaki Yoshimura

    Nonlinearity   36 ( 2 ) 955 - 999  2023.01  [Refereed]

    Authorship：Lead author

    　View Summary

    Abstract

    This paper investigates the global structures of periodic orbits that appear in Rayleigh–Bénard convection, which is modelled by a two-dimensional perturbed Hamiltonian model, by focusing upon resonance, symmetry and bifurcation of the periodic orbits. First, we show the global structures of periodic orbits in the extended phase space by numerically detecting the associated periodic points on the Poincaré section. Then, we illustrate how resonant periodic orbits appear and specifically clarify that there exist some symmetric properties of such resonant periodic orbits which are projected on the phase space; namely, the period m and the winding number n become odd when an m-periodic orbit is symmetric with respect to the horizontal and vertical centre lines of a cell. Furthermore, the global structures of bifurcations of periodic orbits are depicted when the amplitude ɛ of the perturbation is varied, since in experiments the amplitude of the oscillation of the convection gradually increases when the Rayleigh number is raised.

    DOI

    Scopus

  • Experimental Observation of Lagrangian Coherent Structures in Perturbed Rayleigh-Benard Convection

    M. Watanabe, H. Yoshimura

    Journal of Fluids Engineering   144 ( 040902-1 )  2022.01  [Refereed]

    Authorship：Lead author

  • Experimental Observations of Lagrangian Coherent Structures and Fluid Transports in Perturbed Rayleigh-Benard Convection

    M. Watanabe, H. Yoshimura

    Third IFAC Conference on Modelling, Identification and Control of Nonlinear Systems     473 - 478  2021.09  [Refereed]

    Authorship：Lead author

  • Experimental Investigation of Lagrangian Coherent Structures and Lobe Dynamics in Perturbed Rayleigh-Benard Convection

    M. Watanabe, H. Yoshimura

    ASME 2021 Fluids Engineering Division Summer Meeting   ( No. 64945 )  2021.08  [Refereed]

    Authorship：Lead author

  • Experimental Analysis of Lagrangian Coherent Structures and Chaotic Mixing in Rayleigh-Benard Convection

    M. Watanabe, Y. Kitamura, N. Hatta, H. Yoshimura

      ( No. 20116 )  2020.07  [Refereed]

    Authorship：Lead author

Other

  • HIRAKU 未来博士３分間コンペティション2020 ファイナリスト

    2020.11
    -
    　

  • ASME 2020-2021 Fluids Engineering Division Graduate Student Scholarship

    2020.07
    -
    　

  • 早稲田大学 2019年度大学院博士後期課程若手研究者養成奨学金

    2019.08
    -
    　

  • 古河記念基金研究助成金

    2016.03
    -
    　

Awards

  • 2021年度アーリーバードプログラム 若手研究者奨励賞

    2022.03   早稲田大学  

    Winner： 渡辺昌仁

  • 2021年度アーリーバードプログラム 共同研究計画発表 最優秀賞

    2022.03   早稲田大学  

    Winner： 伊波伽奈子, 鈴木貴大, 高桑聖仁, 張天逸, 渡辺昌仁

  • 2021年度アーリーバードプログラム 成果報告発表 優秀賞

    2022.03   早稲田大学  

    Winner： 渡辺昌仁

  • ASME 2021 Fluids Engineering Division Summer Meeting, Flow Visualization Competition (Images Category), 2 nd prize

    2021.08  

  • ASME Fluids Engineering Division 2020 Graduate Student Scholarship Award

    2021.03  

  • 未来博士３分間コンペティション2020 JSW 日本製鋼所動画賞

    2020.11   文部科学省 次世代研究者育成プログラム HIRAKU  

    Winner： 渡辺昌仁

  • 日本機械学会畠山賞

    2017.03  

    Winner： 渡辺昌仁

  • 基幹理工学部長賞 最優秀賞

    2017.03   早稲田大学  

    Winner： 渡辺昌仁

  • 機械科学航空学術賞

    2017.03   早稲田大学  

    Winner： 渡辺昌仁

  • 優秀ポスター賞

    2016.09   日本応用数理学会 2016年度年会  

    Winner： 宮本知紘, 渡辺昌仁, 吉村浩明

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Research Projects

  • レイリー・ベナール対流に現れる複雑な流体輸送のメカニズム解明

    Project Year :

    2022.04
    -
    2023.03
     

  • レイリー・ベナール対流に現れる複雑な流体輸送のメカニズム解明

    Project Year :

    2022.04
    -
    2023.03
     

  • レイリー・ベナール対流における流体輸送とそのカオスへの分岐メカニズムに関する実験的研究

    早稲田大学 理工学術院総合研究所  若手研究者育成・支援事業 第11期アーリーバードプログラム

    Project Year :

    2021.06
    -
    2022.03
     

  • レイリー・ベナール対流における流体輸送とそのカオスへの分岐メカニズムの解明

    早稲田大学  2021年度特定課題研究助成費 基盤研究形成

    Project Year :

    2021.04
    -
    2022.03
     

  • 流体混合に現れるカオス構造と輸送メカニズムの解明

    文部科学省  スーパーグローバル大学創成支援 早稲田大学数物系科学拠点 数物系科学コース

    Project Year :

    2019.04
    -
    2022.03
     

  • レイリー・ベナール対流における流体輸送とそのカオスへの分岐メカニズムの解明

    早稲田大学  2020年度特定課題研究助成費 基盤研究形成

    Project Year :

    2020.10
    -
    2021.03
     

  • 流体混合に現れるカオス構造と輸送メカニズムの解明

    早稲田大学 理工学術院総合研究所  若手研究者育成・支援事業 第9期アーリーバードプログラム

    Project Year :

    2019.06
    -
    2020.03
     

  • レイリー・ベナール対流に現れるラグランジュコヒーレント構造と分岐現象

    公益財団法人 吉田育英会  大学院生給与奨学金<マスター21>

    Project Year :

    2017.04
    -
    2019.03
     

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Presentations

  • Bifurcations of Periodic Orbits in Perturbed Rayleigh-Benard Convection

    M. Watanabe, H. Yoshimura

    Bifurcation Governed by Partial Differential Equations 

    Presentation date： 2022.12

  • 摂動を受けるレイリー・ベナール対流に現れるラグランジュ・コヒーレント構造と流体輸送の実験的解析

    渡辺昌仁, 吉村浩明

    日本応用数理学会 2021年度年会 

    Presentation date： 2021.09

  • 摂動を受けるレイリー・ベナール対流の実験的観測とカオス的流体輸送の解析

    渡辺昌仁, 吉村浩明

    日本機械学会 機械力学・計測制御部門 Dynamics and Design Conference 2021 

    Presentation date： 2021.09

  • Lagrangian Coherent Structures in Rayleigh-Benard Convection with Perturbations

    M. Watanabe, H. Yoshimura

    International Workshop on Multiphase Flows: Analysis, Modelling and Numerics 

    Presentation date： 2020.12

  • レイリー・ベナール対流に現れるカオス的な流体輸送とラグランジュ・コヒーレント構造に関する実験的解析

    渡辺昌仁, 喜多村友祐, 八田尚樹, 鎌倉良介, 吉村浩明

    日本機械学会 2020年度年次大会 

    Presentation date： 2020.09

  • 摂動を受けるレイリー・ベナール対流に現れるラグランジュ・コヒーレント構造とローブダイナミクス

    渡辺昌仁, 喜多村友祐, 八田尚樹, 鎌倉良介, 吉村浩明

    日本応用数理学会 2020年度年会 

    Presentation date： 2020.09

  • 摂動を受けるレイリー・ベナール対流におけるカオス的混合と分岐現象

    渡辺昌仁, 吉村浩明

    日本機械学会関東支部 第26期総会・講演会 

    Presentation date： 2020.03

  • 摂動を受けるレイリー・ベナール対流に現れるカオス的混合と分岐構造

    渡辺昌仁, 吉村浩明

    日本応用数理学会 2019年度年会 

    Presentation date： 2019.09

  • 摂動を受けるレイリー・ベナール対流に現れるカオス的混合と分岐現象

    渡辺昌仁, 吉村浩明

    日本機械学会 機械力学・計測制御部門 Dynamics and Design Conference 2019 

    Presentation date： 2019.08

  • Chaotic Mixing in Two-dimensional Rayleigh-Benard Convection with Periodic Perturbations

    M. Watanabe, H. Yoshimura

    Fourth International Conference on Recent Advances in Nonlinear Mechanics 

    Presentation date： 2019.05

  • レイリー・ベナール対流におけるラグランジュ的な流体輸送の解析

    渡辺昌仁, 吉村浩明

    日本応用数理学会 2018年度年会 

    Presentation date： 2018.09

  • Mixing and Lagrangian Coherent Structures in Two-dimensional Rayleigh-Benard Convection with Periodic Perturbations

    M. Watanabe, T. Miyamoto, H. Yoshimura

    2018 SIAM Conference on Nonlinear Waves and Coherent Structures 

    Presentation date： 2018.06

  • レイリー・ベナール対流における流体混合の大域的構造と混合率

    渡辺昌仁, 宮本知紘, 吉村浩明

    日本応用数理学会 2017年度年会 

    Presentation date： 2017.09

  • レイリー・ベナール対流に現れるラグランジュ・コヒーレント構造とカオス的混合に関する数値解析

    宮本知紘, 渡辺昌仁, 吉村浩明

    日本応用数理学会 2016年度年会 

    Presentation date： 2016.09

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Specific Research

  • レイリー・ベナール対流における流体輸送とそのカオスへの分岐メカニズムの解明

    2021   吉村浩明

    　View Summary

    Rayleigh-Beanrd convection is natural convection that appears in a fluid layer with heated bottom and cooled top planes. When the temperature difference is not so large, steady Rayleigh-Benard convection appears in the layer. However, when the Rayleigh number is increased by raising the temperature difference, the velocity fields may perturb slightly by even oscillatory instability. In such flow, some fluid particles may be transported chaotically. In order to clarify the mechanism of chaotic fluid transport in perturbed Rayleigh-Benard convection, we measured the two-dimensional velocity fields of the convection by Particle Image Velocimetry (PIV) and detected the invariant manifolds called the Lagrangian coherent structures (LCSs). It is observed that the LCSs entangle with each other around cell boundaries and create homoclinic tangles. It is implied that the chaotic fluid transport is induced by horseshoe maps. Furthermore, it is observed that a figure-eight structure appears in the middle of each cell. In AY2021, we especially proposed a perturbed Hamiltonian model of the convection which represents the experimental results better.&nbsp;

  • レイリー・ベナール対流における流体輸送とそのカオスへの分岐メカニズムの解明

    2020   吉村浩明

    　View Summary

    Rayleigh-Benard convection is one of the typical natural convection that appears in a fluid layer with heated bottom and cooled top planes. Although the velocity field of the convection may be steady when the temperature difference is small, it may start to oscillate slightly by even oscillatory instability when the temperature difference is increased. It is known that some fluid particles may be transported chaotically in the Lagrangian description in such flow, even when the velocity field seems to be stable in the Eulerian description. In this study, we have experimentally detected the Lagrangian coherent structures (LCSs), which are invariant manifolds in non-autonomous systems, in perturbed Rayleigh-Benard convection from two-dimensional velocity data obtained by Particle Image Velocimetry (PIV) and have clarified the global structures of fluid transport. We have found that repelling and attracting LCSs entangle with each other in the vicinity of cell boundaries and create some lobes in which fluid particles are transported to another lobe in each period of the perturbation. We have also found that a figure-eight LCS appears in the middle of each cell.

 

Teaching Experience

  • システム数理演習D

    Waseda University  

    2020.04
    -
    Now
     

  • システム数理演習C

    Waseda University  

    2020.04
    -
    Now
     

  • システム数理演習B

    Waseda University  

    2020.04
    -
    Now
     

  • システム数理演習A

    Waseda University  

    2020.04
    -
    Now
     

  • 理工学基礎実験2B

    Waseda University  

    2020.04
    -
    Now
     

  • 理工学基礎実験2A

    Waseda University  

    2020.04
    -
    Now
     

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