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，我们进一步研究了去年进行的二次粗糙度二维街道峡谷周围的非定常湍流场研究。去年，我们仅在有限的建筑模型阵列条件下进行测量，但今年我们将在更多条件下使用时间序列PIV（粒子图像测速）进行测量，并将研究非定常湍流场的二次粗糙度的影响。现在可以更广泛地讨论学位。此外，今年我们还测量了各模型布置条件下的体积阻力系数，研究了建筑物附近局部气流场的变化对整个城市气动特性的影响。此外，我们在一篇论文中总结了迄今为止获得的知识，试图提高前年以来一直在进行的时间序列PIV的测量精度。每个结果简要显示如下。 [1]关于时间序列PIV的测量结果：二次粗糙度对时均气流场、湍流统计空间分布、大尺度湍流结构以及峡谷内外通风效率的影响显示。当建筑密度高时观察到较大的影响，而当建筑密度低时观察到有限的影响，并且与不存在二次粗糙度的情况有很多相似之处。 [2]关于体积阻力系数的测量结果：当存在二次粗糙度时，随着建筑密度的增加，阻力显着减小，这证实了与通常已知的建筑密度和阻力之间的关系不同的趋势。与时间序列PIV测量结果一起考虑时，这一结果可以通过峡谷内时间平均气流场的空间结构的变化来解释。 [3]关于时间序列PIV精度验证结果：偏差误差（峰值锁定）的原因和对策，这是在大型边界层风洞中进行时间序列PIV测量时测量精度降低的原因之一表明。在分析实验中获取的图像并计算风速之前，通过应用相对简单的图像处理滤波器，我们能够抑制偏差误差的发生。