2018 Fiscal Year Research-status Report
竜巻状渦が構造物にもたらす風圧荷重を評価する数値モデルの開発
| Project/Area Number |
18K13877
|
|---|
| Research Institution | Central Research Institute of Electric Power Industry |
|---|
Principal Investigator |
中尾 圭佑 一般財団法人電力中央研究所, 地球工学研究所, 主任研究員 (40714473)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 竜巻状渦 / 風荷重 / ラージ・エディ・シミュレーション |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
目的達成のため、気象モデルを用いた非スーパーセル型竜巻の試検討を行うとともに、以下の点に関して研究を行い、下記の学会発表を通して研究進捗を発表した。すなわち、1. 数値気象モデルによる風速変動の再現特性の把握、2. 構造物風荷重評価を行うために必要な格子解像度の検証、の2点である。
1. 中尾ほか, マルチスケール数値気象モデルに基づく中立に近い大気接地層の再現性. 2018, 日本流体力学会年会2018, 大阪
概要：米国大気研究センター開発の数値気象モデルWRF（Weather Research and Forecast model）によるLarge-eddy simulation（LES）の実行可能性・計算手続きの特性を把握した。詳細な中立接地層の観測が行われた日時を対象にダウンスケール計算を実施し、風速の再現性を把握した。
2. Nakao K et al., Prediction performance of large-eddy simulations for the mean pressure coefficient on an isolated building surface. The 7th International Symposium on Computational Wind Engineering, 2018, Seoul, Rep. Korea
概要：構造物風荷重評価を行うのに必要な数値流体計算（CFD、Computational Fluid Dynamics）の格子解像度に関する検討を行った。既存の風圧荷重測定風洞実験を対象とした単体角柱配置条件をCFD空間において再現しLESを実施した。風上側に設定すべき変動風の有無の結果への影響を確認するとともに、必要な格子解像度について検証を行った。
これらの検討事項は、次年度の研究のために必要な知見の整理として位置付けられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
[研究実績の概要]に記載のとおり試検討、学会発表を行い、計画どおりの進捗が得られていると考える。
LESによる大気接地層の風速変動の解像については未だ十分確証されていないものの、WRFを用いた今年度の検討により一定の実現可能性が示された。しかし、該当モデルを用いた多スケールの同時計算実施には計算時間の制約もあることがわかった。計画では小規模な竜巻を対象とした検討を行うことを前提としており、当制約が大きく影響することは考え難いものの、今後の検討方針について再考が必要となる可能性がある。
一方で、構造物風荷重評価の観点からは、LESによる格子解像度と計算精度のトレードオフが重要な実務時実行の観点となる。まずは、平均風圧分布再現特性の把握を対象とした検討を行い、一定の成果を得た。
以上の検討から、次年度の方向性について目処が立ったため、予定通りの進捗であったと考えた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
竜巻状渦と構造物の連成計算を可能とする諸技術の構築を引き続き進める。今年度はCFDにおいては、格子配置を調整することにより構造物の影響を考慮した。今後の検討においては、より簡易的な格子条件での実施が可能で、気象モデルへの導入も現実的な方策について検討を行う。
なお、近年の関連分野の研究成果発表では、竜巻の局所的な渦の下層部を表現する理想的なモデルの検討が行われている。既往の研究ではそのような実験モデル・数値計算モデルが多岐にわたり構築されているが、手法の妥当性については学術的発表を通して議論が進められているところである。そのような背景から、局所的な竜巻状渦の形成に適合的な計算モデルの調査を並行して進める。
|
| Causes of Carryover |
今年度の予算計画では計算用ワークステーションの購入が予定されていた。しかし、想定よりも早く成果創出が可能であったこと・構造物への風荷重影響評価のためには、建物電子地図情報購入及びデータ整理用ソフトウエアの優先購入が効率的であったことを鑑みて、学会発表および地図情報・ソフトウエア購入の優先的実施を行った。当初、今年度予定していたワークステーションの購入は、仕様を鑑みると次年度実施が妥当な規模のものであるため、次年度使用額が生じる結果となった。
|
