Pedestrian wind comfortは境界の複雑な形状をどのように扱うか？

この記事では、大気境界層とは何か、またAtmospheric boundary layer (大気境界層)と交差する複雑な形状をSimScaleプラットフォームがどのように扱うかについて説明します。

Atmospheric boundary layer (大気境界層)

定義上、Atmospheric boundary layer (大気境界層)は対流圏の最下層であり、地表の存在に直接影響され、地表の粗さに反応します。これらの要因により、風の状態は鉛直方向の高さや表面の種類によって異なります。

図1: 異なる地形の風速分布。都市部では速度勾配が大きく、樹木や建物のような障害物が少なくなるにつれて小さくなります。

Pacefish® \(^1\) Pedestrian wind comfort (歩行者風の快適性) シミュレーションでは、Atmospheric boundary layer (大気境界層)が自動的に生成され、地形と定義された表面粗さが考慮されます。大気境界層は流体領域の限界で生成されます。この例に示すように、大気境界層はモデルのトポロジーに従って生成されます:

図2: SimScaleプラットフォームのトポロジーに従った大気境界層

さまざまな風暴露

大気境界層は以下の条件で以下の値を想定しています:

図3: 異なる地形に対する速度プロファイル。高さの増加に対する速度の上昇率は、沿岸部のそれに比べて都市部の方が大きい。

これらのタイプの地形は、流体領域の外側に存在し、大気境界層に入力される流速に影響を与える領域を示しています。その結果、Region of interest (関心領域)で異なる流れの結果が生成されます。

流体領域に追加で表面粗さを適用する必要がある場合、Add surface roughness右のトグルで有効にできます。

図4: Pedestrian wind comfort 解析による風条件下での領域への表面粗さの追加

この追加された粗さは、流体領域の内側とRegion of interest (関心領域)の外側の表面に適用されます。

使用時の推奨事項

先に示したように、大気境界層は流体領域の境界でモデルを切断することによって生成されます。つまり、モデルの地形や地盤面を表現していない部分が流体領域を横切る場合、大気境界層はそれらの面に適用され、シミュレーション結果に影響を与える可能性があります。

流体領域と交差する建物の場合、プラットフォームによって生成された大気境界層はその建物の屋根と壁に適用されます。

図5: SimScaleのトポロジーと建物に沿った大気境界層。結果の不正確さを避けるため、流体領域と交差する建物は除去する必要があります。

このため、SimScaleでシミュレーション用のモデルを作成する際には、流体領域と交差する建物をモデルから削除して、不正確な結果となることを避ける必要があります。

参考文献

• Numeric Systems GmbH