概要
Pedestrian Wind Comfort (歩行者風の快適性)解析をする場合、快適性の計算に平均風速を使用するのが一般的な方法です。風の快適性調査を報告する際、指標によっては Gust Equivalent Mean (GEM: 突風等価平均)を考慮するよう求める場合があります。
突風は多くの場合、平均風速と比較して歩行者にさらなる不快感を与えます。この意味で、突風等価平均の定式化は、外部空気力学で一般的な突風加速度を考慮する方法です。このような理由から、歩行者の快適性の研究にGEMを考慮することは価値があります。
シミュレーションのセットアップに関しては、GEMに基づく風の快適性の結果を得るために必要な追加ステップはありません。このデータは、すべての新しい Pacefish ® \(^1\) Pedestrian Wind Comfort (歩行者風の快適性)シミュレーションでデフォルトで利用可能です。下の図は、ポスト処理環境で利用可能なオプションを示しています:
SimScaleプラットフォームでのガスト等価平均の実装に関する詳細は以下をご覧ください。
突風等価平均の定式化
ガスト等価平均速度\(U_{GEM}\) を計算する前に、まずガスト速度\(U_{gust}\) の概念を理解する必要があります。文献(\(^2\) )では、突風速度は3秒間で持続する最高突風として扱われています。
領域の特定の領域における突風速度を評価するには、統計的手法を適用するのが一般的です。SimScaleは以下の定式化を使用します:
$$ U_{gust} = U_{mean}+k_{g}\sigma \tag{1} $$
\(U_{mean}\) は平均速度、\(k_{g}\) は突風係数で3.5\(^3\) に等しく、\(\sigma\) は速度の標準偏差です。
PWCシミュレーションでは DDES 乱流モデルを使用しているため、乱流には分解されたものとモデル化されたものの2つの要素があります。全標準偏差\(\sigma\) :
- \(\sigma_{DDES}\): 速度変動の標準偏差
- \(\sigma_k\): モデル化された乱流運動エネルギーからの標準偏差\(k\)
\(\sigma_k = \sqrt{\frac{2k}{3}}\)
したがって、全標準偏差は次式で与えられます。
$$ \sigma = \sqrt{(\sigma_{DDES})^2 + (\sigma_k)^2} = \sqrt{(\sigma_{DDES})^2 + \frac{2k}{3}} \tag {2} $$
最後に、以下の式3は、\(U_{GEM}\) と\(U_{gust}\) を相関させます:
$$ U_{GEM} = \frac{U_{gust}}{1.85} \tag {3} $$
ポスト処理
図1に基づき、SimScaleでは快適性基準の結果を3つのカテゴリーで利用できます:
- 平均速度は 平均速度データのみを使用します。
- GEM速度はGEM値のみを考慮します。
- 最後に、 最大速度では 、プラットフォームは平均速度とGEMの間の最大速度を使用してPedestrian comfort mapをプロットします。したがって、このアプローチは最も保守的です。
異なる速度設定を使用した2つのビルの屋上における快適性基準の比較を以下に示します:
上のケースでは、平均速度が屋上のGEMよりも大きいため、構成1は構成2よりも快適性が低くなっています。当然ながら、平均速度とGEMの間の最大速度をとった最大速度構成が最悪のシナリオを示します。