圧縮性LESによる高層ビル火災時の熱・汚染物質輸送の高精度予測手法の開発

1)高浮力流れ場を対象とした圧縮性解析の実行サーマルキャビティー内の熱対流を対象として、低マッハ数近似式及びBussinesq近似式を用いて解析を行い、主に以下の知見が得られた。a)Boussinesq近似式と低マッハ数近似式は、代表温度差が30℃程度の低温度差の熱対流の場合、流れ場、温度場共に良く一致する。b)代表温度差が300℃の場合、Boussinesq近似式と低マッハ数近似式の流れ場及び温度場の差が顕著となる。特に水平断面における流速の鉛直成分の近似による差は最大で20%程度となる。この点から、火災時のような高温度差の流れ場の解析では、低マッハ近似式のような圧縮性の解析手法が適する。c)Boussinesq近似式では、運動方程式の浮力項を線形化しているために、低マッハ数近似式と比較して、高温域及び低温域における流れの加速及び減速が生じている訳ではない。むしろ、連続の式中の密度変化を考慮しないために、熱膨張及び熱収縮の効果が再現されず、加熱壁近傍で流速を過小に、冷却壁近傍では過大に評価する。従って、非圧縮性の解析手法をベースに火災時のような高温度差の解析を行うには、連続の式の高精度化が重要となる。2)高温度差の圧縮性流れ場の解析データベースの整備高温度差の流れ場に関するデータは、実験による測定が困難であるため、本研究にて実施したシミュレーション結果(サーマルキャビティ)を取りまとめ、運動方程式、エネルギー式、連続の式という支配方程式の各項(移流項、拡散項 等)の密度変化の考慮が解析結果(主に流れ場)への影響度に関するデータベース化を行った。

1)高浮力流れ場を対象とした圧縮性解析の実行サーマルキャビティー内の熱対流を対象として、低マッハ数近似式及びBussinesq近似式を用いて解析を行い、主に以下の知見が得られた。a)Boussinesq近似式と低マッハ数近似式は、代表温度差が30℃程度の低温度差の熱対流の場合、流れ場、温度場共に良く一致する。b)代表温度差が300℃の場合、Boussinesq近似式と低マッハ数近似式の流れ場及び温度場の差が顕著となる。特に水平断面における流速の鉛直成分の近似による差は最大で20%程度となる。この点から、火災時のような高温度差の流れ場の解析では、低マッハ近似式のような圧縮性の解析手法が適する。c)Boussinesq近似式では、運動方程式の浮力項を線形化しているために、低マッハ数近似式と比較して、高温域及び低温域における流れの加速及び減速が生じている訳ではない。むしろ、連続の式中の密度変化を考慮しないために、熱膨張及び熱収縮の効果が再現されず、加熱壁近傍で流速を過小に、冷却壁近傍では過大に評価する。従って、非圧縮性の解析手法をベースに火災時のような高温度差の解析を行うには、連続の式の高精度化が重要となる。2)高温度差の圧縮性流れ場の解析データベースの整備高温度差の流れ場に関するデータは、実験による測定が困難であるため、本研究にて実施したシミュレーション結果(サーマルキャビティ)を取りまとめ、運動方程式、エネルギー式、連続の式という支配方程式の各項(移流項、拡散項 等)の密度変化の考慮が解析結果(主に流れ場)への影響度に関するデータベース化を行った。