この記事では、Pedestrian wind comfort (歩行者風の快適性)シミュレーションのCADモデルにトポロジーや地形を追加する方法について説明します。

地形

丘陵地や凹凸のある地形に建てられた建物は、高さが異なるのが一般的です。このような場合(建物がZ軸に垂直な完全な2D平面上にない)、ジオメトリに地形を追加する必要があります。これは、地図の等高線から作成したり、オンラインソース( CADMAPPERなど )から地形をインポートするなど、さまざまな方法で行うことができます。

wind flow through buildings with and without terrain — 図1: 地形を含む場合と含まない場合の、凹凸のある地盤上の建物ブロック上の風の流れパターン

上記の図は、トポロジーを追加する必要がある理由(建物の下に空気が流れるのを避けるため)と、どのように追加すべきかを示しています。トポロジーは、正確性を損なう可能性のあるキャップや薄い領域がないことを確認するために、建物の底面全体を含む必要があります。

建物がホバリングしていないか、建物と地形の間に小さな隙間が残っていないかを徹底的にチェックすることをお勧めします。これは、Region of interest (関心領域)では特に重要です。これは、建物の下を流れる高い速度につながり、歩行者領域を実際よりも不快であるように判定する恐れがあります。

地形の拡張

Region of interest (関心領域)がその内側または外側の地形の影響を大きく受けることはよくあります。そこでこの影響を加味するために、拡張した地形を含めることができます(前のセクション参照)。しかし、拡張した地形を含めることで、仮想風洞の中で地形がどのように配置されるかという新たな問題が生じます。以下にいくつかのオプションを示しますが、それぞれに利点と欠点があります。

提供された地形よりも大きな風洞を持つことで、一部の流れが地形より下を移動することが予想されます。地形より上では、風プロファイルの基準点が実際の地形レベルより下にある入口の地上レベルから始まるため、速度が高くなる傾向があります。さらに、領域はより多くのセルを精緻化し、計算に時間がかかります。さらに、地形に隙間がある場合、下から地形の上に大量の流れが行く危険性があります。一般的に、これはトポロジーを扱う上で最も不適切な方法と考えられています。

elevated terrain and no ground extension — 図2: 地形が高く、地形の拡張がない建築ブロックの風洞の模式図

地形の拡張は、境界をトポロジーの端からシミュレーション領域の範囲外に移動させます。ここでの利点はターンテーブルのオプションと同様で、流体がトポロジーの下や外に流れることはなく、流体領域が直交座標だけでなく方角座標でもすべての方向についてジオメトリと交差することです。

初期地形面の境界が各方向に対して同じ高さで終わらないような状況では、共通の基準高さまで放射状に地面を拡張するのが最良の方法ですが、これは必須ではありません。

ここで疑問が生じます。地形が十分な高さまで拡張されたことをどうやって知るのでしょうか？SimScaleではジオメトリをそのままアップロードしてRegion of interest (関心領域)を配置し、ビューア領域の右側にあるシーンツリーの Flow Domain (North) をアクティブにして流体領域の範囲を可視化するだけです。

interface option to see the flow domain — 図3: 目のアイコンを切り替えると、シミュレーションの完全な流体領域が表示されます(図4参照)。

ピンクのボックスは、北風方向の例での流体領域を可視化したものです。その周りの緑色の円柱は、地形の最小範囲を強調しています。

extent of virtual wind tunnel green disk — 図4: 緑の円柱を用いた北風の仮想風洞の範囲と都市モデルの最小地形の可視化

上の画像は、緑色の円を超えて領域がどのように拡張されているかを示しています。これにより、シミュレーションのために明確に定義されたジオメトリが完成します。