風外乱シミュレータを用いた複雑地形まわりのガスト時空間構造のLES解析

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450222
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 田村 哲郎 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (90251660)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坪倉 誠 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 講師 (40313366)
• Keywords: 風外乱 / 複雑地形 / シミュレーション / LES / SGS乱流モデル / ガスト / 時空間構造 / 接地大気

Research Abstract

地形が険しく複雑であると、場所によっては風の流れが歪められて予想外に高い風速にするので構造物の被害を招くことが度々ある。そのため、構造物の耐風設計には地形性強風の評価が重要課題であり、これまで比較的単純な地形に対する影響が調べられてきた。しかしながら、実在する地形ははるかに複雑であり、その影響評価は一つひとつ対応するのが本来の方法であろう。したがって数値モデルによる予測は、実験模型を一つひとつ再現する実験的手法の手間を考えると有効な手法と判断される。ただし防災的な観点から風速の瞬間的なピーク値(ガスト)を予測するものでなければならない。ここでは時々刻々変化する流入風速を発生する風外乱シミュレータを開発し、複雑地形まわりの乱流のLES非定常計算を実現し、接地大気のガストの時間的ならびに空間的構造を解明することをめざした。以下に本年度得られて成果を示す。
1.複雑地形の変化に対応できる乱流数理モデルの開発
複雑な形状まわりの乱流のシミュレーションを行うことを想定し、まず一般座標系を導入して様々な物理的な観点からの保存則を満たした数値スキームを構築し、乱流数理モデルを開発した。
2.SGSモデルの構築用および検証用データの取得
熱的効果も含めた乱流境界層の風洞実験データに基づき、安定・不安定の大気境界層の乱流構造を把握し、また都市部を想定した粗の地表面上の乱流強度と乱れのスケールなどの統計量をまとめた。
3.風外乱シミュレータの開発
対象とする解析領域とは別に、大気乱流境界層に対応した計算領域を設定し、大規模流体解析用計算機を用いた数値シミュレーションを実際に行うことで、境界から流入させる変動風を作成した。
4.大気境界層・接地境界層の複合SGSモデルの提案
接地境界層における機械的擾乱と熱的擾乱の二種類の擾乱に対応できる複合的なSGSモデルの構築を進めた。

Research Products

• [Publications] 田村哲郎: "乱流境界中の低層構造物まわりの流れのLES〜風圧力特性の再現性〜"日本建築学会構造系論文集. 第530号. 13-20 (2000)
• [Publications] 田村哲郎: "隈切・隈丸を有する正方形角柱の空力特性に与える乱流境界層の厚さ及び熱的安定性的影響"日本建築学会構造系論文集. 第535号. 47-54 (2000)
• [Publications] 田村哲郎: "高精度・保存的流体計算法の耐風問題への適用性について、その3 都市域乱流境界層における高層建築物まわりの気流と風圧力の解析"日本建築学会構造系論文集. 第538号. 35-41 (2000)
• [Publications] 田村哲郎: "滑面上を空間的に発達する乱流シミュレーション〜流入データの作成とその変動風としての適用性〜"第16回風工学シンポジウム論文集. 149-154 (2000)
• [Publications] 田村哲郎: "ラフネス上に空間発達する乱流境界層のLESと変動風の評価"日本建築学会構造系論文集. 第541号. (2001)
• [Publications] 坪倉誠: "差分法ダイナミックSGSモデルに適した等方渦粘性SGSモデルの構築とその平板チャネル乱流における評価"日本機械学会論文集(B編). 66巻648号. 55-63 (2000)