反応性大気汚染物質の濃度変動相関に関するレイノルズ平均モデルの提案とLES による数値的検証

摘要

高密度な都市空間においては、大気汚染物質の有する反応性が、その濃度分布に多大な影響を与える。また、これまでの筆者らの検討により、乱流状態にある都市大気の流れ場あるいは濃度場の変動性状が反応速度の決定に強く作用することを確認した。RANS型の乱流モデルにおける化学反応速度の評価としては、渦崩壊モデルや渦消散モデルが知られている。しかし、両者は主に燃焼という極めて速い反応現象を対象としているため、そのモデリングの基礎として完全な予混合燃焼と拡散燃焼の一方あるいは両者を想定し、それらの中でより遅い過程によって反応が律速されるとしている。従って、大気汚染で現れるような比較的反応速度が遅く、拡散と同程度の時間スケールで生じるような反応に関しては必ずしも適したモデルとは言えない。そこで本報では、乱流によって拡散混合が行われるとともに反応が進行するような状況において、その乱流による濃度分布の変動性状の影響を考慮したReynolds型二分子化学反応速度モデルを提案する。さらに、LESを用いた数値実験により、その妥当性評価を行った結果を報告する。