高層ビル群周りの大気汚染予測モデルに関する研究

• Project/Area Number: 07780464
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 環境影響評価(含放射線生物学)
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 安田 龍介 大阪府立大学, 工学部, 助手 (50244661)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1995: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 乱流シミュレーション / Large Eddy Simulation / 2次モーメント法 / 建物近傍拡散 / 瞬間濃度

Research Abstract

粗度要素(低層建物)を12個(3個×4列)配置し、その風下に粗度要素高さの約8倍の辺長を持つ立方体建物を置いて流れと拡散の数値シミュレーションを行った。また、煙源は立方体屋上の風下角に設置した。流れの計算はLESで行い、拡散の計算にはLagrange型の2次モーメント法を用いた。現段階で得られた知見を以下に示す。
1.風速のプロファイル及び乱流強度は、粗度要素の配置によって大きく影響を受ける。主流が粗度要素の隙間を吹き抜けるような配置では、チャネル効果により特に主流方向と横方向の乱流強度が小さくなる。
2.汚染物質の瞬間的な空間分布は極めて複雑な形態変化を示すが、平均濃度分布の形状は単純なプルーム型となった。ただし、プルームの中心座標は流下するに従って地表面へと降下すると同時に、水平座標が物体角から中心軸上へと移行する。既存の研究によれば、建物代表長の3倍以上離れた領域の濃度はプルームモデルを修正して予測しうることが示されているが、本研究の結果は、屋上排出の場合、プルームが他の建物に衝突しなければ、その主軸の偏向量と拡散幅の広がり方を定式化することにより、壁面近傍を除く建物周辺の領域でもプルーム型のモデルにより予測が可能であることを示唆している。
3.物体壁面上の瞬間濃度はきわめて間欠的な挙動を示す。特に屋上面では瞬間的な逆流が至るところで生じており、煙源の風上でも極めて高い濃度が生じる。物体側面では、屋上面から汚染質が直接降下する場合と、側面渦と背面渦との干渉により物体背面から汚染質が流入する場合の2通りのケースがありうることがわかった。
計算に予想以上の時間を要したため、現在までに計算を終えたのはこのケースのみであるが、今後更に建物の形状や建物高度の変化に対する検討を行う計画である。