2011 Fiscal Year Research-status Report
ＬＥＳを用いた都市キャノピー層の瞬間速度場と物質拡散に関する研究
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23760454
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
稲垣 厚至 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (80515180)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | LES / 都市キャノピー / 物質拡散 / 乱流構造 / 大気乱流 |
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| Research Abstract |
本研究はLES数値解析を用いて都市キャノピー層内の流れと物質動態を把握することを目的としたものであり、その特色としてはキャノピー層内の瞬間的な流れ場に着目すること、上空の乱流構造との関係を考慮することの2点である。初年度の研究目標としては、使用する数値計算モデルを本研究目的に沿うよう適宜改変し、それを用いて一様な建物幾何配列における流れの基礎的な特徴を明らかにすることである。初年度の研究実施の概要としては、まず既存のLESモデルでスカラー動態が解析できるような設定を行った。立方体一様幾何配列条件でのテスト計算を実施したところ、LESの周期境界条件を用いることで発生する、場に固定される人工的な循環構造（以下、定在渦）ができることが分かった。このような人工的な定在渦の発生を回避するための方法を検討し、（１）熱対流を発生させることで場をより乱して定在渦が場に固定されないようにすること、（２）周期境界条件を使わない計算、の2通りの計算を行うことを新たに提案した。その際、（２）の計算手法を既存のモデルで実施できるような設定を行った。上記（１）の手法に基づいた計算結果を用いてキャノピー内の流れ場の分類を行った。正方キャノピー内の流れ場について幾何学的な条件に基づいた条件抽出を行い、キャノピー内におけるいくつかの特徴的な構造（Flushing及びCavity eddy）が大きな運動量・熱輸送を担っていることを示した。これらの構造の発達する場所は、上空を通過する乱流構造の位置と関係していることを示した。これらの成果は国際誌に掲載された。また、数値計算結果の妥当性を検証する為に、屋外都市模型実験施設において立方体正方配列キャノピー内における風速と温度の空間分布観測実験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究計画としては、（１）パッシブスカラーの動態解析のためのモデルのコーディング、（２）本研究目的に即した計算モデルの領域設定の検討、（３）リファレンスとなる計算例の実施、（４）立方体正方配列の正方キャノピーにおける流れ場の分類、の４つである。これらに対して、（１）についてはモデルのコーディングを行い、問題なく計算できることを確認した。（２）については、周期境界条件を用いることで発生する、場に固定される人工的な定在渦を回避するための計算手法として、地表面を加熱する計算、周期境界条件を使わない計算の２つについて検討を行った。（３）については、（２）に基づき熱を入れた計算及び、周期境界条件を使わない計算が必要となるが、前者についてはこれまでに行った計算例におけるデータが使えることを検討した上で代用することとした。（４）に関しては地表面加熱を行った計算結果に基づき、流れ場の幾何学的な分類を行い、それに基づき上空乱流構造と関連について検討した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の予定としては（１）熱対流を伴う計算、（２）周期境界を使わない計算、の双方についてキャノピー層と上空の乱流構造との関連について検討を行う。まず、（２）に関するリファレンスデータとしての立方体正方配列の計算を実施する。次に熱対流の計算と、周期境界を使わない計算のそれぞれについて、地表面幾何形状を（１）千鳥配列、（２）建物凹凸のある正方配列、（３）少数の高い建物のある配列、とする３通りの計算を実施する。これにより発達する上空の乱流構造の特徴と、それがキャノピー層の流れに及ぼす影響、キャノピー内の特徴的な流れ場について検討を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度の研究費使途としては、計算機使用料及び、前年度の成果発表の費用（国際学会における発表）として使用する。
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