2016 Fiscal Year Annual Research Report
Artificial generation of inflow turbulence with wind and scalar fluctuations for large-eddy simulation in urban environment
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26420578
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大風 翼 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (40709739)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ラージ・エディ・シミュレーション / 大気安定度 / 流入変動風 / コレスキー分解 / 都市風環境 / 都市温熱環境 / 乱れの特徴的長さスケール / 乱れの特徴的時間スケール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）温度変動を考慮した変動風を生成する数学的理論を構築した。具体的には下記の通り。風速変動の3成分と温度変動の計4成分の共分散を4×4の正則行列で表現し、その正則行列にコレスキー分解を施し、各々の変動を平均値と変動成分に分解する。平均値が0、分散が1の乱数Ψjと上記でコレスキー分解を施して得た下三角行列aijの内積で表現し、２次元デジタルフィルターを用いた手法により、Ψjの時系列データを表現する。最後に各時刻で、下三角行列aijと変数Ψjの内積を求めることにより、風速及び温度変動の時系列データを生成することが可能となる。
２）東京工芸大学の温度成層風洞を用いて、都市境界層を模擬した風洞実験を実施し、成層状態の異なる条件下で諸量の平均値、乱流統計量、相関量を取得した。空間相関量のデータの取得には、Particle Image Velocimetryを用いた画像解析も用い、風速の空間分布から乱れの積分長さスケールを直接推定するための種々の検討を行った。更に、日本工業大学にある屋外都市モデル(COSMO)及び宮城県南部の平原を対象において野外観測を行い、風洞実験よりもレイノルズ数が大きく、気性的擾乱の影響もある流れ場で、超音波風速計を用い、諸量の平均値、乱流統計量、相関量を取得した。
３）平成２８年度は、まず、本研究で開発した温度を考慮した変動風生成のプログラムを汎用流体解析ソフトに接続するインターフェイスを開発した。続いて、これまで実施した実験や観測を参考に、大気安定度を考慮した都市境界層の各種統計量を決定し、風速及び温度変動を含む時系列データを生成した。最後に、生成した時系列データを流入境界条件として、汎用流体解析ソフトを用いて、大気安定度を考慮した非等温ラージ・エディ・シミュレーションを実施し、実験値との比較から、本研究よる大気安定度を考慮した模擬乱流変動風の有用性を示した。
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