| 研究課題/領域番号 |
15J07247
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
中島 慶悟 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| キーワード | LESデータベース / RANSモデル / 都市キャニオン / 温度成層 / 乱流フラックス / 勾配拡散近似 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は都市気流を対象としたLarge-eddy simulation(LES)データベースを作成し、それを用いて都市空間における乱流モデルの評価、開発を行うものである。平成27年度は①LESデータベースを用いた都市街区モデルにおけるレイノルズストレスのモデル化に関する検討、②LESデータベースを用いた様々な温度成層条件下の都市街区モデルにおける乱流モデルの予測精度評価を行った。
①LESデータベースを用いた都市街区モデルにおけるレイノルズストレスのモデル化に関する検討
高密度市街地を模擬した都市街区モデルにおける流れ場を対象としたLESデータベースを作成し、都市街区モデルにおける標準k-εモデル(k-ε)の予測精度評価、k-εにおけるレイノルズストレスのモデル化について検討を行った。その結果、都市街区モデル内においてはk-εは平均風速ベクトルの空間分布の予測精度が低下することを示した。さらに都市街区モデル内においてはk-εで用いられるレイノルズストレスの勾配拡散近似が妥当性を持たず、より高次の乱流モデルの適用が必要であることを示した。
②LESデータベースを用いた様々な温度成層条件下の都市街区モデルにおける乱流モデルの予測精度評価
浮力の影響を考慮した様々な温度成層条件下の都市街区モデルにおける流れ場、温度場を対象としたLESデータベースを作成し、都市街区モデルにおけるk-εの予測精度評価を行った。その結果、k-εは温度成層条件が不安定になるほど、都市街区モデル内における平均風速ベクトル、平均温度の空間分布の予測精度が低下することを示した。k-εではLESデータベースと比較して都市街区モデル内における乱流強度、乱流フラックスが小さく、乱流による運動量、熱の輸送が十分に再現されないことを示した。k-εではLESデータベースと比較して浮力の効果が十分に再現されないことを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成27年度は高密度市街地を模擬した単純な都市街区モデルを対象としたLarge-eddy simulation(LES)データベースを作成し、その結果に基づいて都市空間における乱流モデルの評価を行うことを目標とした。まず、中立条件下の都市街区モデルにおける流れ場を対象としたLESデータベースを作成し、実用計算で用いられる標準k-εモデル(k-ε)を都市気流に適用する際の問題点について指摘し、改良のための指針を示した。さらに、浮力の影響を考慮した様々な温度成層条件下の都市街区モデルにおける流れ場、温度場を対象としたLESデータベースを作成し、温度成層条件が不安定になるほど、都市街区モデル内におけるk-εの予測精度が低下することを示した。
今後は単純な都市街区モデルだけではなく、実在街区を含む様々な形状、温度成層条件下の都市空間においてもLESデータベースを作成し、都市気流に適用可能な乱流モデルの開発を行う予定である。そのためにはLESデータベースの信頼性、開発する乱流モデルの都市気流への適用可能性について検証を行うための風洞実験データが必要となる。本研究では都市空間に形成される複雑な流れ場の空間分布を検討対象とするため、風洞実験における測定手法には流れ場の空間分布が測定可能な粒子画像流速測定法Particle image velocimetry(PIV)を用いる。平成27年度はPIVを用いた都市気流を対象とする風洞実験手法の妥当性について検討を行った。その結果、PIVにより都市空間に形成される複雑な流れ場に関する十分に妥当な風洞実験データが取得可能であることを確認した。
以上の成果から、平成27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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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度は高密度市街地を模擬した単純な都市街区モデルを対象としたLarge-eddy simulation(LES)データベースを作成し、都市空間における乱流モデルの評価を行った。その結果、実用計算で用いられる標準k-εモデル(k-ε)を都市気流に適用する際の問題点について指摘し、改良のための指針を示すことができた。
今後は単純な都市街区モデルだけではなく、実在街区を含む様々な形状、温度成層条件下の都市空間においてもLESデータベースを作成し、その結果に基づいて都市気流に適用可能な乱流モデルの開発を行っていく予定である。そのためにはLESデータベースの信頼性、開発する乱流モデルの都市気流への適用可能性について検証を行うための風洞実験データが必要となる。本研究では都市空間に形成される複雑な流れ場の空間分布を検討対象とするため、風洞実験における測定手法には流れ場の空間分布が測定可能な粒子画像流速測定法Particle image velocimetry(PIV)を用いる。平成27年度はPIVを用いた都市気流を対象とする風洞実験手法の妥当性について確認したため、平成28年度はPIVを用いた実在街区を含む様々な形状、温度成層条件下の都市気流を対象とした風洞実験データの取得を行う。さらに、風洞実験に対応するLESデータベースを作成し、風洞実験データとの比較によりその信頼性を確認した後、LESデータベースに基づいて実在街区を含む様々な形状、温度成層条件下の都市空間に適用可能な乱流モデルの開発を行う。また、開発した乱流モデルの都市気流への適用可能性について風洞実験データとの比較により検証する。
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