2014 Fiscal Year Research-status Report
都市高層建物が作る大規模乱流構造に関する数値解析的研究
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26420492
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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) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 都市境界層 / 流入変動風 / LES / 乱流組織構造 / 境界層高度 / スカラー拡散 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究から，都市大気境界層内においても室内実験等で見られる巨大な筋状の乱流組織構造の発達することが屋外大気観測や数値解析によって示されている．また，高層建物の背後から筋状の乱流構造が下流数㎞に渡って長く尾を引く現象がリモートセンシングにより観測されている．両者は同質の現象であるのかといった学術的な問いに加え，このような現象が都市の生活環境にどのような影響を及ぼしているのか具体的な答えが得られていない．これについて本研究はLES数値解析を用いた検討を行うものである．巨大な筋状構造のトリガーとなりうる建物の特徴や，建物から筋状構造が発生する際の，背景乱流場の影響などについて検討する．
数値計算で建物後流の影響を見るためには流れ方向の周期境界条件は使えない．また，流入条件として層流を流入させると，十分な厚さを持った乱流境界層を発達させるのに非常に大きな計算領域が必要となる．そこで本研究では人工的に十分発達した流入変動風を作成し，それを用いて高層建物による流体抵抗が風下に及ぼす影響を評価する．
本年度はこれまで使用していたLES乱流解析モデルに流入変動風を発生させるプログラムのコーディングし，そのバリデーションを実施した．それに基づき，低層建物の中に孤立した高層建物を配するような単純化した都市幾何について，乱流解析を実施した．得られた結果として，高層建物高さと乱流境界層高度の比率により，建物後流がによってもたらされるスカラー拡散の動態が大きく変わることを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
（１）モデルの整備：当初は乱流を解析対象領域外に設けたリサイクル領域で乱流を増幅させ、流入変動風を作成する方法を検討していたが、この方法ではリサイクル領域内で発生した乱流構造がリサイクル領域の大きさごとの周期をもって解析対象領域に出てきてしまう問題が明らかとなった。そこで、乱数から流入変動風を作成する方法を使い、これを数値モデルに組み込み、実用に資する結果を得た。さらに、流入風速、境界層高度、乱流強度などを任意に決めることができるような無次元乱流統計量の鉛直分布モデルを作成した。
（２）建物形状と乱流構造の発生との比較：高層建物が作る後流の特性を調べるため、建物形状と流入風を変えた計算を実施した。その結果、高層建物が境界層高度より高い場合と低い場合でスカラーの拡散状況が大きく異なることが分かった。
（３）実験結果との比較：屋外都市模型実験の実験結果と比較し妥当性の検討を行った。
（４）その他：以上の内容までを論文にまとめた（出版済み）。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）昨年度に引き続き、建物幾何パラメータと背景乱流場が建物後流に及ぼす影響について検討する。
（２）建物後流が作る筋状の大規模構造と、平板境界層や粗面乱流境界層などで見られる大規模筋状構造との相似性について検討する。これにより、後流の持続メカニズムについて検討する。
（３）建物後流が作る筋状の大規模構造の空間スケールについて検討する。そのための大規模な計算を実施する。
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