ＰＩＶとＣＦＤを適用した高層建築物周囲の非定常乱流生成素過程機構の解明

利用 PIV 和 CFD 阐明高层建筑周围非定常湍流产生的基本过程机制

基本信息

批准号：
14J05832
负责人：
佐藤幹
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、昨年度行った2次的粗度を持つ2次元ストリートキャニオン周辺の非定常乱流場に関する研究をさらに推し進めた。昨年度は限られた建物模型配列条件下でのみ計測を行ったが、本年度はより多くの条件に対して時系列PIV(particle image velocimetry)による計測を行い、非定常乱流場に対する2次的粗度の影響をより一般的に議論できるようになった。加えて、本年度はそれぞれの模型配列条件におけるバルク抗力係数も測定し、建物近傍のローカルな気流場の変化が、都市全体の空力特性に及ぼす影響についても研究を行った。さらに、一昨年度から継続して行っている時系列PIVの測定精度向上の試みについて、これまで得られた知見を論文としてまとめた。以下それぞれの結果を簡単に示す。[1]時系列PIVの計測結果について:時間平均気流場、乱流統計量の空間分布、大規模乱流組織構造、キャニオン内外の換気効率に対する2次的粗度の影響を示した。建物密度が高い場合には大きな影響がみられる一方、密度が低い場合には影響は限定的で、2次的粗度が存在しない場合との共通点が多くみられた。[2]バルク抗力係数の計測結果について:2次的粗度が存在する場合、建物密度の増加に対する抗力の減少が大きく、一般的に知られる建物密度と抗力の関係と異なる傾向が確認された。時系列PIVの計測結果と合わせて考えると、この結果はキャニオン内時間平均気流場の空間構造の変化によって説明された。[3]時系列PIVの精度検証結果について:大型境界層風洞において時系列PIV計測を行った際に、測定精度を低下させる原因の一つであるバイアス誤差(ピークロッキング)についてその発生原因と対策を示した。実験により取得した画像を解析し風速を計算する前に、比較的簡易な画像処理フィルターを適用することによって、バイアス誤差の発生を抑制することが出来た。

今年，我们进一步促进了去年在第二街峡谷周围不稳定的动荡场上进行的研究，并具有次要粗糙度。去年，仅在有限的建筑模型布置条件下进行测量，但是今年，使用时间序列PIV（粒子图像赛车测定法）进行了测量，以实现更多条件，从而可以更一般地讨论次级粗糙度对非平稳性湍流场的影响。此外，今年我们还测量了每个模型布置条件下的批量阻力系数，还研究了建筑物附近当地气流场变化对整个城市空气动力学特征的影响。此外，我们已经汇编了一篇论文，介绍了自上一年以来的时间序列测量的持续努力，并汇编了到目前为止获得的知识。每个结果简要显示下面。 [1]时间序列PIV的测量结果：我们显示了次级粗糙度对时间平均气流场的影响，湍流统计数据的空间分布，大规模的湍流组织结构以及峡谷内外和外部的通风效率。虽然高建筑物密度显示出显着影响，但低建筑物密度显示出有限的影响，在不存在次要粗糙度的情况下，许多相似之处。 [2]关于散装阻力系数的测量结果：存在二次粗糙度时，随着建筑物的增加，阻力大大降低，并且趋势与建筑物密度和阻力之间的常见关系有所不同。当与时间序列PIV的测量结果结合使用时，该结果是通过峡谷中时间平均气流场的空间结构的变化来解释的。 [3]关于时间序列PIV的准确性验证结果：我们已经显示了偏置误差（峰锁定）的原因和对策，这是在大边界层风洞中进行时间序列PIV测量时降低测量准确性的原因之一。在分析实验获得的图像并计算风速之前，可以通过应用相对简单的图像处理过滤器来抑制偏差误差的发生。