概要
SimScaleの 歩行者風快適性解析は、Pacefish®\(^1\) のLattice Boltzmann Solverをベースとしているため、品質面でのジオメトリ要件はほとんどなく、一般的に言えば、オープンなジオメトリ、オーバーラップするジオメトリ、一致するジオメトリは問題ありません。しかし、高度に自動化され、合理化され、日本建築学会(AIJ)ケースなどの 検証プロジェクト 、CFDと風洞手法の両方における業界のベストプラクティス、ガイドラインや標準に基づいて風の快適性のために特別に調整されています。したがって、ソルバーを最大限に活用するためには、テストする形状についていくつかの考慮が必要です。
オリエンテーション
SimScaleのPWC解析タイプでは、いくつかの基本的な方向ルールが必要です。しかし、建物や環境方向ではなく、3Dモデリングによく使用されるソフトウェアで形状をゼロから作成する場合は、これらを考慮することが重要です。
ジオメトリは Z+ 方向を上向き、つまり Z 軸が空を指すようにします。また、PWC解析タイプはデフォルトでY軸を北に使用します。これはプラットフォームで修正できますが、通常はジオメトリ作成の段階から、これを考慮して作成します。
サイズとリージョン
ジオメトリは実際の物理的なサイズでアップロードする必要があります。デフォルトの単位は メートル です。したがって、 STL 形状をエクスポートする場合は、事前にこの単位がモデルで使用されていることを確認する必要があります。
CAD モデリングでレイヤーを使用している場合は、プラットフォームにモデルをアップロードする前にレイヤーを削除してください。そうしないと、レイヤーを使用してモデリングされたフィーチャーとレイヤーを使用せずにモデリングされたフィーチャーが別々のパーツとしてアップロードされてしまいます。
STLをSimScaleプラットフォームにアップロードする際に単位を選択することもできます。これは、CADとSimScaleプラットフォームの単位を一致させることで可能ですが、正しく行うには注意が必要です。
セルサイジングは現在、対象建物と建物の最大高さに基づくリファレンスサイジングを使用して行われます。したがって、メッシュ作成時に 0.5-1\(m\) の目標解像度に近づけるため、 400\(m\) 以下の関心領域を使用することをお勧めします。PWC解析におけるメッシュ設定の詳細については、こちらをご覧ください。
Region of Interest (関心領域)、ほとんどのユースケースにおいて、新しく提案される建物や建築物、およびそれらの存在やデザインが歩行者の快適性に影響を与える可能性のある領域を含める必要があります。対象地域には、主な対象建物とその周辺の建物を含めるべきで、必要であれば詳細に記述することも可能です。
周辺地域は、対象地域の空気力学に大きな影響を与える可能性が高いので、周辺建物は存在させることをお勧めしますが、詳細である必要はなく、ブロック表現でもかまいません。それ以上の建物や障害物は、標準的な風プロファイルを使用してモデル化し、地形(開けた地形から市街地まで)への露出を補正します。
PWC解析タイプは、バウンディングボックスと交差するジオメトリを扱うことができるため、流体領域の境界を表すバウンディングボックスに境界外のジオメトリがある場合は、解に含まれません。
原点でのモデルのセンタリング
PWCシミュレーションを実行する目的でCADモデルをSimScaleプラットフォームにアップロードする場合、STL(.stl)形式のモデルを用意することをお勧めします。RhinoでSTL形式をエクスポートする方法の詳細については、以下のドキュメントを参照してください:
通常、3D都市モデルを扱う場合、モデルのコンポーネントが地理参照データで表現されている可能性が非常に高くなります。つまり、モデルをSTLとしてエクスポートする場合、(地理参照データに基づく)ベース座標が非常に大きくなります。一般的に、次の理由から、地理参照モデルは避けたいと考えています:
"Rhino scales the resolution of the STL export to the size of the model versus the origin. (RhinoはSTLエクスポートの解像度を原点に対するモデルのサイズにスケーリングします。)"
これは、Rhinoエクスポートがモデルを壊し、粗い3Dジオメトリを作成することを意味します。このことをよりよく理解するために、次の例を見てみましょう。ブリストルのある地域の3Dモデルが、モデルの中心の2つの異なる位置でRhinoを使ってエクスポートされています。
図2では、左側の画像は、中心を(0,0,0)にしてエクスポートされたSTLモデルを示しており、もう一方の画像は、中心座標を(5000\(km\), 5000\(km\), 0)にしてエクスポートされたSTLモデルを示しています。原点から非常に遠い座標のモデルは、上記で説明した理由により、モデルの全体的な品質を低下させる、より粗い意味で表現されていることがはっきりとわかります。
したがって、モデルの中心を原点にすることをお勧めします。これにより、シミュレーションパラメータを設定する際、モデルとの全体的なインタラクションも容易になります。
左: (0,0,0)を中心としたモデル; 右: (5000\(km\), 5000\(km\), 0)を中心としたモデル
ジオメトリと自動メッシュサイジングの洞察
このパートでは主に、都市モデルの最も高い構造が全体のメッシュサイズにどのように影響するかという問題を取り上げます。PWCシミュレーションでは、風洞寸法(\(H, S, I, O\) )はモデルの最大高さに正比例します(図3を参照)。
したがって、モデルを解析して、風の流れパターンに大きな影響を与えない構造物を特定することをお勧めします。このような構造物を除去すれば、計算領域が小さくなり、時間とコストの節約につながります。例えば、中程度の風洞の大きさであれば、次のような比率でスケールします:
$$ H, S, I = 3h $$
$$O = 9h$$
3Dモデル内の高層部に旗などの小規模のモデルがある場合、それ自体は風の流れのパターンに与える影響はごくわずかです。しかしながら、これにより\(h\) の寸法が大きくなるため、不必要に計算領域のサイズが大きくなることにご注意ください。
| 重要 |
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大きな建物は、たとえRegion of Interest (関心領域)内でなくても、後流の風の流れパターンに影響を与えるため、関連性があり重要であることに注意してください。 |