Development of high-speed and high-accuracy simulation method on urban emergency air pollution process using lattice Boltzmann method

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本研究は、近年工学分野において注目されている新たな解析手法である格子ボルツマン法に着目し、建築・都市風環境と汚染物拡散に適用する高速高精度解析手法を開発するものである。格子ボルツマン法は、流れ場に対してもアルゴリズムが簡単であり、並列計算に適しているなどの利点をもっているため、複雑かつ大規模な実地都市の瞬時風環境及び汚染物の分布と拡散過程の高速的解析が可能になり、実地都市突発空気汚染事故の高速高精度解析に一番有望な手法である。先ず、格子ボルツマン法によるLarge-eddy simulationを取り上げ、等温条件下の室内気流、都市境界層に置かれた単体建物周辺風環境、及び理想的都市空間風環境の風速の空間分布を調査した。風環境における従来の有限体積法との解析精度と計算性能の評価を行った。格子ボルツマン法は有限体積法と同様の構造の流れ場を与え、実験値の分布も妥当に再現できることが判明した。有限体積法と同等的解析精度を達するために、格子ボルツマン法はより細かい格子解像度が必要であることを明らかにした。格子ボルツマン法の並列計算効率は、有限体積法より大きく、計算コア数が大きいほど格子ボルツマン法の計算速度が顕著に優れることが判明した。その上、これらの風環境解析の結果に基づいて、建築壁面の近傍の解析精度の向上を目指し、広く使われている壁関数を、格子ボルツマン法に実装した。格子ボルツマン法の壁関数機能の開発を通してその解析の高精度化に資する知見を得た。同時に、現在用いているサブグリッドモデルより適切な乱流モデルを格子ボルツマン法への組み込みを行い、格子ボルツマン法の解析性能改善を行った。