化学反応モデルを組み込んだLESの開発とマイクロスケールの汚染物質挙動の解明

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本研究は、建物及び道路周辺や市街地などの屋外空間を対象とし、熱伝達・物質輸送・化学反応を組み込んだ新しいDynamic型LES大気汚染質予測モデルの開発と検証することを主な研究目的とする。今年度は以下の研究を行った。(1)化学反応モデルを組み込んだ新しいDynamic型LESの開発乱流中の化学反応は流れの特性時間と化学反応の特性時間の比として定義される第1ダムケラー数(Da1)で考えることができる。Da1《1の場合、積分空間スケール程度の流体の塊において、完全混合反応の状態になり、Da1》1の場合、流体塊の界面付近の反応物が接触した場所で極めて薄い反応帯が形成されることになる。大気反応のDa1の知見に関して、知見はまだ少ないが、Da1≦1と考えられる。特にLES操作で、フィルターを掛けられたソース項(化学反応速度)のモデリングについて、非常に重要である。ここでは、乱流化学速度モデルとアレニウス反応速度式モデルの両方を採用し、反応速度モデルの組み込みを試み、組み込むべき反応を検討した。大気反応の精度について、広域大気汚染解析により、検証を行った。Dynamic型LESを用いて市街地数値拡散モデルの構築を行った。(2)境界層風洞実験によるDynamic型LESモデルの検証温度成層境界層型風洞を用い、市街地空間における大気汚染物質拡散実験を行い、乱流性状と拡散性状の特徴を測定した。風速プロフィル、温度プロフィル、熱フラックスに関しては、応答性の高い熱線風速計と冷線温度計を用いて流れ場と温度場の各種乱流統計量を測定した。汚染物質を模擬したトレーサーガスを発生させ、高応答性FIDによるガス濃度計測システムにより、汚染質拡散性状に関して、平均濃度分布のみならず濃度変動や濃度フラックスの測定を行った。これらのデータを用いて、LESモデルの検証を行っている。