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Development of high-speed and high-accuracy simulation method on urban emergency air pollution process using lattice Boltzmann method

Research Project

Project/Area Number 18J13607
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Architectural environment/Equipment
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

HAN MENGTAO  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords建築環境 / 格子ボルツマン法 / 室内気流環境 / 屋外風環境 / 都市大気汚染 / 防災 / 流体工学
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、近年工学分野において注目されている新たな解析手法である格子ボルツマン法に着目し、建築・都市風環境と汚染物拡散に適用する高速高精度解析手法を開発するものである。格子ボルツマン法は、流れ場に対してもアルゴリズムが簡単であり、並列計算に適しているなどの利点をもっているため、複雑かつ大規模な実地都市の瞬時風環境及び汚染物の分布と拡散過程の高速的解析が可能になり、実地都市突発空気汚染事故の高速高精度解析に一番有望な手法である。
先ず、格子ボルツマン法によるLarge-eddy simulationを取り上げ、等温条件下の室内気流、都市境界層に置かれた単体建物周辺風環境、及び理想的都市空間風環境の風速の空間分布を調査した。風環境における従来の有限体積法との解析精度と計算性能の評価を行った。格子ボルツマン法は有限体積法と同様の構造の流れ場を与え、実験値の分布も妥当に再現できることが判明した。有限体積法と同等的解析精度を達するために、格子ボルツマン法はより細かい格子解像度が必要であることを明らかにした。格子ボルツマン法の並列計算効率は、有限体積法より大きく、計算コア数が大きいほど格子ボルツマン法の計算速度が顕著に優れることが判明した。
その上、これらの風環境解析の結果に基づいて、建築壁面の近傍の解析精度の向上を目指し、広く使われている壁関数を、格子ボルツマン法に実装した。格子ボルツマン法の壁関数機能の開発を通してその解析の高精度化に資する知見を得た。
同時に、現在用いているサブグリッドモデルより適切な乱流モデルを格子ボルツマン法への組み込みを行い、格子ボルツマン法の解析性能改善を行った。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Open Access: 2 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] A wall function approach for lattice Boltzmann method2020

    • Author(s)
      韓 梦涛、大岡 龍三、菊本 英紀
    • Journal Title

      SEISAN KENKYU

      Volume: 72 Issue: 1 Pages: 41-47

    • DOI

      10.11188/seisankenkyu.72.41

    • NAID

      130007792525

    • ISSN
      0037-105X, 1881-2058
    • Year and Date
      2020-01-01
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Lattice Boltzmann Method integrated with large-eddy simulation applied to isothermal indoor flow2019

    • Author(s)
      韓 梦涛、大岡 龍三、菊本 英紀
    • Journal Title

      SEISAN KENKYU

      Volume: 71 Issue: 1 Pages: 23-28

    • DOI

      10.11188/seisankenkyu.71.23

    • NAID

      130007584967

    • ISSN
      0037-105X, 1881-2058
    • Year and Date
      2019-01-01
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Lattice Boltzmann method-based large-eddy simulation of indoor isothermal airflow2019

    • Author(s)
      Han Mengtao、Ooka Ryozo、Kikumoto Hideki
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      Volume: 130 Pages: 700-709

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.10.137

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 格子ボルツマン法を用いた建築周辺気流のLES その3 壁関数境界条件の検証2020

    • Author(s)
      韓梦涛
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Compressibility error of lattice Boltzmann method-based large eddy simulation with BGK model in indoor flows2019

    • Author(s)
      Mengtao Han
    • Organizer
      15th International Conference on Wind Engineering (ICWE15)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 格子ボルツマン法を用いた建築周辺気流のLES その2 Turbulent channel flowを対象としたベンチマークテスト2019

    • Author(s)
      韓梦涛
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 格子ボルツマン法に基づいたLESにおけるSpalding則の実行2019

    • Author(s)
      韓梦涛
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 格子ボルツマン法を用いた単体建物周辺気流解析のベンチマーク2018

    • Author(s)
      韓 梦涛
    • Organizer
      第25回風工学シンポジウ
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Comparison of Lattice Boltzmann Method and Finite Volume Method with Large Eddy Simulation in Isothermal Room Flow2018

    • Author(s)
      Mengtao Han
    • Organizer
      7th International Building Physics Conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparison between lattice Boltzmann method and finite volume method for LES in the built environment2018

    • Author(s)
      Mengtao Han
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Computational Wind Engineering 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 格子ボルツマン法を用いた建築周辺気流のLES その1 単体建物モデル周りの流れを対象としたベンチマークテス2018

    • Author(s)
      韓梦涛
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 建物内外気流のLESにおける格子ボルツマン法の検証2018

    • Author(s)
      韓梦涛
    • Organizer
      第51回生産技術研究所LES研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Turbulent channel flowを用いた格子ボルツマン法の検証2018

    • Author(s)
      韓梦涛
    • Organizer
      第34回生研TSFDシンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 建築風環境における格子ボルツマン法のベンチマーク

    • URL

      http://venus.iis.u-tokyo.ac.jp/research/pdf/0104.pdf

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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