適合細分化格子を用いた格子ボルツマン法による物質拡散計算

Plume dispersion simulation using locally mesh-refined Lattice Boltzmann Method

小野寺 直幸   ; 井戸村 泰宏   

Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro

汚染物質の実時間解析は核セキュリティの観点からも非常に重要である。都市部は高い建物が立ち並ぶため、乱流が発達し、大規模なCFD解析が必須となる。本研究では、適合細分化格子(AMR)を用いた格子ボルツマン法による流体解析手法を構築することで、高速かつ大規模な解析手法を構築した。従来の格子ボルツマン法では高いレイノルズの乱流解析が困難であるが、本計算では最新の衝突緩和モデルであるCummulant LBMモデルを採用することで高精度な乱流解析を実施可能とした。解析コードは産業技術総合研究所の風洞実験結果を再現可能である。さらに、AMR法を適用することで、全てを均一な格子で計算するのと比較して、10%以下の格子点にて、同様の結果が再現可能であることが示された。

A real-time simulation of the environmental dynamics of radioactive substances is very important from the view-point of nuclear security. Since a lot of tall buildings and complex structures make the air flow turbulent in urban cities, large-scale CFD simulations are needed. To this end, a CFD code based on a Lattice Boltzmann Method (LBM) with a block-based Adaptive Mesh Refinement (AMR) method is developed. As the conventional LBM based on a single relaxation time collision operator often becomes numerically unstable at high Reynolds number, we apply a cumulant collision operator. The code is validated against a wind tunnel test, which was released from the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. The computational grids are subdivided by the AMR method, and the total number of grid points is reduced to less than 10% compared to the finest mesh. In spite of the fewer grid points, the turbulent statistics are in good agreement with the experiment data.