| 研究概要 |
本研究の具体的な目標は,1)都市スケールの熱・物質移流拡散現象を工学的な視点から解明し,素過程を抽出する;2)移流拡散現象を再現できる信頼性の高い素過程乱流モデルを開発し,それを統合することにより次世代乱流モデルを構築する,ことである。計画全体は,「素過程の抽出と乱流モデルの統合」,「検証用データの蓄積と整備」という互いに強く連携する2つの計画で構成される。
本年度は当初の研究実施計画に基づき以下の成果が得られた。
1.ミクロスケール(機器スケール)からメゾスケール(都市スケール)にわたる熱・物質輸送現象の素過程(運動量輸送,対流・拡散・輻射,物質輸送)と境界条件(流れの曲り・衝突,剥離・再付着,密度成層など)を考慮してそれぞれの数理モデルを検討した。
2.衝突噴流乱流熱伝達および浮力や圧力こう配を伴う乱流境界層の直接数値計算(DNS)により,地表面および構造物が移流拡散過程に及ぼす影響を調べた。これにより,様々な諸因子が都市スケール輸送現象に及ぼす影響と相互作用を解析し評価した。
3.装置実験的手法により,都市構成要素周りの速度場素過程と熱の移流拡散過程を解明するために,成層風洞を製作した。レーザ流速計2次元システムによる複雑流れの測定および可視化などの予備実験を行い,データ取得に成功した。また,多点同時測定用の熱線・冷線プローブを開発し,圧力こう配流れにおける速度場・温度場の時空間構造を明らかにした。
4.ハイブリッドRANS/LES手法で利用するために,計算負荷を低減しかつ数値計算上の安定性を保ちつつ,複雑乱流の壁面漸近挙動を正確に予測可能な新しい低レイノルズ数型1方程式乱流モデルを開発した。これにより,都市スケール輸送現象の局所的・時間的変化をリアルタイムで予測する技術が大幅に向上した。
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