Development of outdoor PIV system and its application to urban boundary-layer

(1) PIV法の適用による都市キャノピー流れ計測キャノピー内外の詳細な流れ場の情報を得るため、超音波風速計による多点計測に代わる高時空間解像度の流れ計測法としてPIV法(Particle Image Velocimetry)を屋外都市模型実験に適用した。PIV法は室内実験において進化してきた流れ計測法であり、室内実験においては既にホットワイヤーやレーザー流速計に代わる乱流研究の主役になりつつある。大気場に適用されたのは平坦裸地における1例のみ(Hommema et al., 2003)であり、屋外の適用は今回が初めてであった。太陽光によるS/N比の問題およびレーザーの操作性の問題を克服するために、(a)安価な高出力レーザシートの採用、(b)ノズル部の特殊加工による安定したトレーサーの供給、の工夫により、高時空間分解能の流れ計測を実現した。(2) 大規模乱流構造の解明とフラッシング現象の発見上空風向・上空大気安定度・局所的加熱の影響を上記観測システムによって詳細に検討した。特に、都市上空の大規模乱流構造(建物スケールの10a倍~20倍程度)の通過に対応して、都市街区内の空気が間欠的かつ大規模に上空大気に持ち上げられる極めて特徴的な現象の存在が確認され、これを、「フラッシング現象」と命名した。鉛直壁面の加熱実験からは、同じ熱負荷条件でも、加熱壁が風下・風上のいずれかによって有意に、運動流・熱の輸送量が変化することが示された。(3) 数値計算手法のモデル開発・検証用データベースの提供PIVによる流れ場の詳細なデータベースは、乱流相似理論だけでなく数値計算モデルの検証用データベースとしても高い利用価値が期待される。具体的には、鉛直壁に沿う微細な上下降流(クリーピングフロー)の存在の有無、局所加熱・冷却による循環流の変形、鉛直壁における適切な熱・運動量境界条件検討、などに資する。

(1) PIV法の適用による都市キャノピー流れ計測キャノピー内外の詳細な流れ場の情報を得るため、超音波風速計による多点計測に代わる高時空間解像度の流れ計測法としてPIV法(Particle Image Velocimetry)を屋外都市模型実験に適用した。PIV法は室内実験において進化してきた流れ計測法であり、室内実験においては既にホットワイヤーやレーザー流速計に代わる乱流研究の主役になりつつある。大気場に適用されたのは平坦裸地における1例のみ(Hommema et al., 2003)であり、屋外の適用は今回が初めてであった。太陽光によるS/N比の問題およびレーザーの操作性の問題を克服するために、(a)安価な高出力レーザシートの採用、(b)ノズル部の特殊加工による安定したトレーサーの供給、の工夫により、高時空間分解能の流れ計測を実現した。(2) 大規模乱流構造の解明とフラッシング現象の発見上空風向・上空大気安定度・局所的加熱の影響を上記観測システムによって詳細に検討した。特に、都市上空の大規模乱流構造(建物スケールの10a倍~20倍程度)の通過に対応して、都市街区内の空気が間欠的かつ大規模に上空大気に持ち上げられる極めて特徴的な現象の存在が確認され、これを、「フラッシング現象」と命名した。鉛直壁面の加熱実験からは、同じ熱負荷条件でも、加熱壁が風下・風上のいずれかによって有意に、運動流・熱の輸送量が変化することが示された。(3) 数値計算手法のモデル開発・検証用データベースの提供PIVによる流れ場の詳細なデータベースは、乱流相似理論だけでなく数値計算モデルの検証用データベースとしても高い利用価値が期待される。具体的には、鉛直壁に沿う微細な上下降流(クリーピングフロー)の存在の有無、局所加熱・冷却による循環流の変形、鉛直壁における適切な熱・運動量境界条件検討、などに資する。