数値流体力学的アプローチによる地震災害解析システムの開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09558049
• Research Institution: Ochanomizu University
• Principal Investigator: 河村 哲也 お茶の水女子大学, 人間文化研究科, 教授 (40143383)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩津 玲磨 東京電機大学, 工学部, 助教授 ; 佐藤 浩史 お茶の水女子大学, 人間文化研究科, 教授 (10017197)
• Keywords: 熱対流 / 低マッハ数近似 / 火災旋風 / 数値シミュレーション / コリオリ力 / スタンダード格子 / 高温熱源 / サーマルプルーム

Research Abstract

本研究の目的は地震の際におこる可能性がある広域火災によって誘起される流れを解析することおよび地震波の伝わり方を水波の伝播とのアナロジーを利用して解析することである。本年度は特に前者を中心にして研究をすすめた。
まずリング状熱源によって誘起される流れを軸対称生およびブジネクス近似を仮定して行い、桑原・大島(J.Phys.Soc.Japan Vol.51,No.11)では言及されていなかったリングの内外半径の比が流れ場に及ぼす影響について詳しく調べた。次に現実の状況に近づけるため上記計算で用いた仮定を順に取り外した。ブジネスク近似は大きな温度差がある流れには適用できず、火災における流れでは密度変化を正しく考慮する必要がある。そこでこのような流れ場でも適用可能な低マッハ数近似を応用した。その際、通常格子を用いた差分計算では数値的な振動が見られたため、スタガード格子を用いて振動を回避した。その上で厳密解が知られているひとつの熱源による2次元層流計算を行い、結果を比較して計算法の信頼性を確かめた。次に道路の両側に火災が発生した状況を想定して2つの平行熱源による2次元流れを解析した。そして流れを支配するパラメータ(フル-ド数、レイリー数、プラントル数)を種々に変化させ、その影響を定量的に調べ、流れの分類を行った。
さらに2次元性を仮定せず、3次元の熱対流も低マッハ数近似と類似の方法を用いて解析した。熱源形状は、正方形およびL字型である。後者は関東大震災のときの被服廠跡地の惨事のひとつのモデルである。そして火災旋風が起こるメカニズムを定性的に調べた。このとき火災旋風形成のためにはコリオリ力が重要な役割を果たすこと、またL字型熱源ではひとつにまとまった大きなプルームが複雑に揺れ動くことがわかった。

Research Products

• [Publications] 河村 哲也: "数値流体力学と環境シミュレーション" 理研シンポジウム:スーパーコンピュータと専用計算機における計算科学講演要旨集. 46-54 (1998)
• [Publications] 小紫 誠子: "鉤型熱源による熱対流の三次元計算" 第2回環境流体シンポジウム講演論文集. 465-466 (1997)
• [Publications] 小紫 誠子: "火災旋風の三次元数値シミュレーション" 第11回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 491-492 (1997)
• [Publications] 管 牧子: "低マッハ数近似にスタガード格子を用いた熱対流の計算" 第11回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 505-506 (1997)
• [Publications] M.R.Harston: "Effects of the finite size of the ion (ddu)^+ on the energy levels of the molecules (ddu)e and (ddu) dee" Phys.Rev.A. 56. 2685-2691 (1997)
• [Publications] 岩津 玲磨: "円筒容器内過崩壊の数値的研究" 第11回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 265-266 (1997)
• [Publications] 河村 哲也: "流体解析 II" 朝倉書店, 192 (1997)
• [Publications] 河村 哲也: "工系数学講座(10)応用偏微分方程式" 共立出版, 218 (1998)