局所地形の風況に関する数値解析

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本研究の目的は,土木構造物が設置される周辺のメソスケールの風況予測を数値解析的に行う手法を開発することである。強風特性に及ばす局所的地形の影響は複雑である。近年,計算機能力や計算技術の進歩にともない,いろいろな流れ場を数値計算で実際的に解くことが可能になりつつある。現地観測や風洞実験では所期の条件を設定することは困難であるが,数値解析では比較的厳密な条件を自由に設定できる。それゆえ,数値解析は複雑な局所地形周り流れの実体の解明を試みるための非常に有力な手段である。地表面近くの大気は一般に密度成層しており,浮力の効果が有意にあらわれることが多く,本研究では密度成層性の効果に研究対象を限定した。Boussinesq近似を仮定し,速度,圧力,密度を従属変数とし,差分法を用いて2次元および3次元の基本的形状について解析を行った。連立差分式の解法を高速化するためにマルチカラー法を適用した。1)地表面上に置かれた2次元半円柱を越える成層流れ: 成層性が地形上流れに及ぼす影響を調ベるために,2次元半円柱を越える成層流れをとりあげた。物体適合格子を適用した。既存の密度風洞を使用した実験結果と比較検討し,解析の有効性を検証し,流れ場の詳細な構造を調べた。2)地表面上に置かれた3次元円錐を越える成層流れの数値解析: 起伏に富む複雑地形に物体適合格子を適用することは一般に困難であり,実用上は非常に小さい時空スケールに関する情報を得る必要もないので,コーディングがより簡便な手法が要求される。ここでは複雑形状を矩形直交格子で近似した実用的なコード開発を行い,解析の第一歩として弧立峰をモデル化した円錐に適用しこの解析法の有効性を検証し流れ場の概観を把握した。実際の大気境界層は乱流化し広帯域の波長を含んでいる。特に,小スケールの乱れの組み込みを検討しより高精度の風況予測をめざす予定である。