高次精度の風上差分法を用いたLarge Eddy Simulationの複雑流れ場への適用について
本報告では土木、建築構造物のまわりの風の数値シミュレーションの実用化を目的とし、高次精度の風上差分法を用いたLESの複雑流れへの適用性について検討を行った。乱流と乱流化が進んでいない流れが混在する問題では、高次精度の風上差分法を併用することが数値安定性上必要であるが、LESの乱流粘性が機能する乱流化が進んでいるところでは風上差分法による数値粘性の影響が無視できない。そこで、LESのフィルタ幅を拡大し、数値粘性係数を小さくすることで相対的に数値粘性を減少させる手法によって、解が改善される可能性についてDNSによる詳細なデータが得られているチャネル乱流で検討した。その結果、相対的に数値粘性を小さくする本手法では、乱流強度などの乱流統計量がDNSデータに近い結果に改善された。また、本手法を低層建物をイメージした構造物のまわりの複雑な流れに応用した結果、前縁からの剥離剪断層の挙動が再現され、構造物表面にかかる圧力性状が改善された。
Applicability of Large Eddy Simulation to Complex Flows Using a 3rd-Order Upwind Scheme
In this study, the applicability of Large Eddy Simulation to the practical use of wind simulation around the buildings and structures using a 3rd-order upwind scheme is investigated. To avoid numerical instability in the simulation as both turbulent and laminar flows exist, it is necessary to use a 3rd-order upwind scheme. The influence of the numerical viscosity of the upwind scheme must be treated with care if the turbulent viscosity of LES is to work. We tried to reduce the influence of numerical viscosity in the numerical simulation of channel flow by making the size of the grid filter wider and using the UTOPIA scheme. As a result, the statistical turbulent data such as turbulence intensities were improved to match DNS data using these techniques. We also applied these techniques to the complex flow around a low-rise building. Comparison with experimental data, a pressure distribution on the surface of the building was improved because of an exact simulation of the behavior of separated flow from the front edge.
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