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

格子玻尔兹曼法高速高精度城市应急空气污染过程模拟方法开发

基本信息

批准号：
18J13607
负责人：
HAN MENGTAO
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

This research is based on the work of the new analytical technique, the gridded grid method, which has attracted attention in recent years from the field of engineering studies. The high-speed and high-precision analysis method is suitable for the purpose of construction, urban wind environment and pollutant dispersion. Grid ボルツマン法は, flow field に対してもアルゴリズムが简単であり, and Column calculations are suitable for use in large-scale applications. It is possible to analyze the urban instantaneous wind environment and the distribution and dispersion process of pollutants at high speed, and it is possible to use high-speed and high-precision analysis of sudden urban air pollution accidents. First, grid ボルツマン法によるLarge-eddy The simulation was carried out, indoor air flow under isothermal conditions was investigated, the wind environment around a single building was placed at the urban boundary level, and the spatial distribution of wind speed in the ideal urban space wind environment was investigated. The finite volume method and the analytical accuracy and computational performance of the wind environment are evaluated. The lattice ボルツマン method and the finite volume method are the same as the structure of the flow field and the distribution of the structure, and the distribution is properly reproduced and it is clearly understood. The finite volume method has the same analytical accuracy as the lattice method and the lattice resolution is the same as the lattice resolution. Grid ボルツマン methodのParallel calculation efficiencyは, Finite volume methodより大きく, Calculation numberが大きいほどlattice ボルツマン法のCalculation speedが顕在に优れることがdeterminationした.その上, これらのwind environment analysis results にbase づいて, and building wall near のanalytical accuracyの上を Eyes refers to し, 広く出われている婄る寷数を, lattice ボルツマン法に実装した. The grid ボルツマン method is a high-precision analysis of the function of the wall-closed number function. At the same time, I am now using the いているサブグリッドモデルより成なturbulent flow モデルをlattice ボThe analysis performance of the ルツママン method is improved by the group み込みを行い, and the grid ボルツマン method is improved を行った.