LES analysis of the aerodynamic surface properties for turbulent flows over building arrays with various geometries

各種地表面形状を有する建物群上の乱流に対する空力的粗度特性のLES解析

中山 浩成   ; 竹見 哲也*; 永井 晴康  

Nakayama, Hiromasa; Takemi, Tetsuya*; Nagai, Haruyasu

本研究では、都市タイプの地表面上の空力的粗度特性について議論をしている。まず最初に、東京都心を対象に地表面形態を定量的に調べ、粗度密度と建物高さ変動係数の分布性状を明らかにした。次に、これらのパラメータのさまざまな組合せに対応した建物群上のLarge-Eddy Simulation(LES)乱流解析を行い、空力的粗度(粗度長,抗力係数)をそれぞれ求めた。LES解析で得られた地表面形態のパラメータと空力的粗度との関係を用いて東京都心の空力的粗度分布を推定した。その結果、従来の粗度密度のみをパラメータとした場合、空力的粗度は既往論文と比較して過小評価された。一方で、粗度密度のみならず建物高さ変動係数をもパラメータとした場合、既往論文と同等の空力的粗度を評価することができた。これらのLESによる粗度密度と建物高さ変動係数を関数として評価された空力的粗度は、気象モデルへ都市効果を組み込む際に有効であることが示された。

This paper describes the applicability of roughness-length and drag-force approaches of mesoscale meteorological models to actual urban areas. We first investigated building morphological characteristics. Then, we performed large-eddy simulations (LESs) of turbulent flows over building arrays with various surface geometries that are characterized by a wide range of values for not only roughness density and but also building height variability. Then, we evaluated the aerodynamic roughness parameters such as roughness length and drag coefficient for central Tokyo area using the LES results. The values of roughness length and drag coefficient as a function of both roughness length and building height variability is comparable to those in the previous studies. The roughness aerodynamic parameters as a function of roughness length and drag coefficient obtained from our LES results are useful to incorporate the urban effects into weather forecasting models.