共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 格子ボルツマン法を用いた都市気流の大規模計算と物質拡散
新規・継続の別 継続（H30年度から）
研究代表者／所属 東京工業大学
研究代表者／職名 助教
研究代表者／氏名 稲垣厚至

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 小野寺直幸 原子力研究開発機構 研究員

2

 長谷川雄太 原子力研究開発機構 研究員

3

 渡辺力 北大低温研

研究目的 格子ボルツマン法LESモデルを用いて，大気境界層の物理特性，都市街区内の流れの相互作用について検討し，物質拡散への寄与を考える．その中で，大気境界層内で発達する浮力が支配的な熱対流構造や，接地境界層における底面摩擦が支配的なストリーク構造，緯度帯に応じて変化する街区内温度成層構造などを考慮し，それぞれが物質拡散に寄与する効果について検討する．
　　
研究内容・成果 全長200km以上の3次元計算領域を設定し，海風システム全体について微細な乱流交換過程を陽的に解像しながら解析する，大規模計算を実施した．計算領域を長手方向に2分して陸面及び海面を仮定し，それぞれ夏季関東圏都市及び，周辺海面からの典型的な顕熱フラックス量（陸は正，海面は負）をそれぞれの底面境界条件として与え，閉じた循環流を駆動させた．その結果，陸上と海上の気温差による水平圧力勾配を形成し，海風のような局地循環流が発生させた．本計算の特徴として，海風の発生段階から時間経過により陸域に侵入していく挙動，海風厚さの時間変化，海風とリターンフローの直接相互作用，スパン方向への乱流構造の組織化などの物理過程について検討することが可能となっている．
計算結果より，陸側の水平圧力勾配の影響が弱い部分では，典型的なベナール対流によるセル状構造が発達し，海風域では海風とその直上に形成されるリターンフローが確認でき，海上では安定成層内の水平移流構造が形成されていることが確認できた．海風の陸上部分では底面加熱と水平移流の効果による筋状構造（ロール渦構造）が形成され，その幅が内陸へ進むに従い太くなり，最終的にベナールセル構造と同程度まで発達することを確認した．
また，実都市の建物分布，地形分布，植生分布を考慮した計算を実施し，そこで発達する都市キャノピー内外の流れの構造について検討を行った．その結果，今回解析した地点の植生分布及び地形分布は街区内の風速分布やスカラー動態に大きな影響を及ぼすものの，それに対して上空の流れには影響は大きくないことが示された．
　　
成果となる論文・学会発表等 添田晴也，稲垣厚至，神田学：格子ボルツマン法-LESモデルを用いた海風構造の研究．日本流体力学会年会2022