局所細分化格子ボルツマン法を用いたオクラホマシティにおけるトレーサー拡散解析

Tracer dispersion simulation in Oklahoma City using locally mesh-refined Lattice Boltzmann Method

小野寺 直幸   ; 井戸村 泰宏   ; 河村 拓馬 ; 中山 浩成   ; 下川辺 隆史*

Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro; Kawamura, Takuma; Nakayama, Hiromasa; Shimokawabe, Takashi*

汚染物質の拡散解析はスマートシティの設計や核セキュリティの向上に重要である。都市部は複雑なビルで構成されているため、流れが乱流となり、大規模なCFD解析が必須である。我々の研究グループでは局所細分化手法を適用した格子ボルツマン法に基づくCFD解析手法を開発している。計算コードは、Pascal世代およびVolta世代の最新のGPUに対して最適化されており、高速な解析が可能である。本研究では、解析手法を用いてオクラホマシティの野外拡散実験に対する解析を行った。計算条件として、気象解析コードであるWRFに基づく風況および実際の都市部のビルデータを用いた。この解析の実施により、実験時の都市部の風況状況および汚染物質の拡散状況を良く再現していることを確認した。

A plume dispersion simulation is very important for designing smart cities. Since a lot of tall buildings and complex structures make the air flow turbulent in urban cities, large-scale CFD simulations are needed. We develop a GPU-based CFD code based on a Lattice Boltzmann Method (LBM) with a block-based Adaptive Mesh Refinement (AMR) method. The code is tuned to achieve high performance on the Pascal and Volta GPU architectures. We conducted a tracer dispersion simulation in Oklahoma City. The computational boundary conditions are given from real building data and WRF analysis results, respectively. By executing this computation, wind conditions in the urban area and details of plume distribution were reproduced with good accuracy.