LBM を用いた中立都市大気境界層の相似性の検討

摘要

本研究では格子ボルツマン法に基づくLES を用いた都市気流の大規模数値計算を実施し，自由発達する都市内部境界層乱流の統計的，幾何学的相似性について検討するものである．自由発達する乱流境界層の相似性に関してTownsendがSelf-preserving flowの概念を提唱しており，自由発達する乱流境界層の流れは，そのエッジからの距離の関数として表される長さ及び速度スケールで無次元化すると相似になるとされる．長さスケール及び速度スケールは通常境界層高度及び外層風速がとられる．一方，都市のような地表面が不均一な場では，場の平均的な粗度の大きさの変化に応じてそれぞれ内部境界層が発達するため，その中では地表面状態（粗度等）に対応したスケーリングに従うとされる．しかしGarrattによると，滑面から粗面への遷移において，境界層高度の発達率は吹送距離の0.8 乗に比例すると言われており，これは風下側地面の粗滑に依らないとされる．本研究では実都市幾何形状を有する地面上で自由発達する乱流境界層の統計的及び乱流組織構造の幾何学的な相似性について数値実験により検討する．その際，境界層高度スケーリングがどのような形で下層の流れに影響を及ぼしているのか検討する．