表面粗さはPedestrian wind comfort(歩行者風の快適性)の結果にどのような影響を与えますか？

Pedestrian wind comfort (歩行者風の快適性)解析では、歩行者レベルでの風の快適性結果を生成することが主な目標です。この記事では、表面粗さがこの結果に影響を与えるかどうか、また与える場合はどのように影響するかについて説明します。

図1: Pacefish®によるPWC解析における空気圧の可視化スライス \(^1\) 。

1. 風の暴露

PWC解析では、モデル上の風の影響を複数の風向に対して同時にシミュレーションします。現実には、風速は高さに対して変化します。これをAtmospheric boundary layer (大気境界層)と呼びます。大気境界層は障害物(建物、樹木、地形など)の高さに依存します。

計算コストを削減するため、ジオメトリの十分な部分のみをモデル化します。つまり、流体領域の外側にある障害物を取り除くことでモデルを単純化します。その後、モデル化されていない領域に関して、風向ごとに風暴露カテゴリーを定義します。

図2: 大気境界層をモデル化するための風暴露カテゴリー。

注意しなければならないのは、暴露は大気境界層プロファイルにのみ影響し、物理的な地形の粗さには影響しないということです。言い換えれば、風暴露カテゴリーを定義することで、各風向における大気境界層流入プロファイルを変更します。

図3: 大気境界層入口、流れ領域、地形。大気境界層はウィンドシアーの正確なモデリングに役立ちます。

2. 粗さ

風の暴露カテゴリは、領域への流入風プロファイルのみを修正します。Region of interest (関心領域)外の建物をクリーンアップしたり、木などの小さな障害物をクリーンアップした場合、ラフネスを追加する必要があるかもしれません。

図4: 風のプロファイル、地形とRegion of interest (関心領域)。

2.1 Wind conditions (風況)での表面粗さの追加

モデルに地形が含まれていない場合、地形は平地と仮定されます。これは、流体領域の底が地面レベルになることを意味します。この場合、Add surface roughness (表面粗さの追加)のオプションを有効にして、地面に粗さの効果を追加することができます。ラフネス値は、Region of interest (関心領域)の外側の地表面の値とみなされ、対応する風向に対して自動的に追加されます。

図5: Wind conditions (風況)設定で表面粗さを追加するステップ。

2.2 Advanced modelingにおける表面粗さ

モデルに地形(凹凸のある地面)が含まれている場合、 Wind conditionsの表面粗さ設定では効果を捉えることができません。これらを捕捉する必要がある場合は、 Advanced modelingで表面粗さを追加することができます。表面粗さの値は、3つの異なる表面粗さタイプを使って定義することができます。

• From wind exposure (風暴露から)
• Equivalent sand grain (等価砂粒径)
• Aerodynamic (空気力学的)

面に表面粗さを割り当てるには、 Surface roughness右の+アイコンをクリックし、 Surface roughness type (表面粗さタイプ)と表面粗さを定義する面を選択します。

図6: Advanced modelingで新しいSurface roughness定義を作成。

ベストプラクティス

このトピックに関して推奨する方法を以下に示します:

• シミュレーションする地域を調べ、現実的な風暴露カテゴリーを割り当てます。
• Region of interest (関心領域)内だけでなく、流体領域内でも建物をモデル化します。
• Porous media (多孔質体) - Tree (樹木)機能を使って植生を追加します。
• 複数の粗さ値を割り当てるために別々のサーフェスでCADモデルを作成します。

次の図は、2つのシナリオに基づいたブリストルの風環境評価結果を比較したものです。左の図は、表面粗さを追加していません。一方、右の図は、道路、緑地、その他の人工構造物などの異なる地形タイプに個別の粗さ値を適用しています。

図7: 粗さの有無による風環境評価基準の視覚化。

表面の粗さが加わると、より快適な緯度経度に変化する領域があるため、結果に若干の影響があることがわかります。

参考文献

• Numeric Systems GmbH