Development of high-speed and high-accuracy simulation method on urban emergency air pollution process using lattice Boltzmann method
| Project/Area Number |
18J13607
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Architectural environment/Equipment
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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| Research Fellow |
HAN MENGTAO 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2020-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| 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)
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| 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 |
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| 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。
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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
平成30年度は、市街と建築尺度において格子ボルツマン法の風環境解析の原理及び正確さに関して系統的な検証を実施し、解析性能の判明およびデータベースの収集が完成した。更に、壁関数等の開発により、解析法の性能が向上した。
以上の成果から、平成30年度は当初の目標を十分に達成できており、さらに計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度では、それまでの知見により、境界層風洞に置かれた複雑街区流れを対象としたLBM-LES及びFVM-LES解析を行うことを予定する。各風向角による街区流れケースのLBM-LESとFVM-LESの実施を通して、LBM-LESの解析精度と並列計算性能の確認する上、LBM-LESの大規模都市気流解析における適用性の確認を予定する。
LBM-Lagrangeで大気汚染シミュレーション方法の開発と検証を行い、次にその汚染解析方法を用い、実地都市突発大気汚染拡散過程の解析手法の構築を行う。本段階は主にLBMソフトウェア開発会社の有料サポートで既存のソフトウェアに基づいて二次開発及びスーパーコンピュータで大規模計算を予定する。
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Report
(1 results)
Research Products
(9 results)
