主要なRANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes equation)ベースの商用風況解析ソフトにおける乱流モデル(turbulence closure model)とその参考文献をまとめました。
MeteodynとWindsimは、ChamのPhoenixを元にしているので、Phonixのマニュアル（乱流モデル）も参考になります。
| ソフト名 (開発元) | 特徴 | 乱流モデル | 説明 |
|---|---|---|---|
| WAsP CFD (DTU) | DTUの in-house 汎用CFDコード EllipSysのRANSモデルを実装。風向セクター36分割。CFD計算はEMDクラウドサーバーで実行する。WAsPにより、大気安定度及びコリオリ力を考慮しているため、CFDでは地形影響のみ計算する。 | 標準k-e [1] | B.Launder及びD.Spaldingのモデルは、高レイノルズ数型標準k-eモデル。 |
| Meteodyn WT (Meteodyn) | 2003年にMeteoDyn社が開発したCFDベースの風資源及び発電量予測ソフト。Phoenixをベースに開発されたコード。3層モデルにより熱的安定性を実装。ロータ等価風速で発電量を評価可能。2高度の気温と風速の時系列データにより、大気安定度の自動判定が可能。複数観測点を入力風況として寄与度に応じて重み付けが可。meso coupling可。 | k-l [7][8] | 大気境界層の流れ場計算のため、森林キャノピーや熱的安定度の実装がしやすいPrantlの1方程式モデルを採用。 森林キャノピーによる乱流粘性は、乱流混合長Lによって計算する。また、熱的安定度も乱流混合長に反映される。 |
| WindSim (Windsim) | 1998年、VENTOS ASがノルウェー気象研究所と共同で、Norway Wind Atlasを作成し、このプロジェクトの過程でPhoenixをベースに開発されたコード。2003年に発電量予測ソフトとして商用化。複数観測点を入力風況として寄与度に応じて重み付けが可。ブジネスク近似を実装。WRFを境界条件に設定可能。 | 標準k-e [2] 修正k-e [3] k-e YAP修正 [4] RNG k-e [5] | B.Launder及びB.I.Sharmaのモデル(LSモデル)は、 壁面距離を用いない低レイノルズ数型標準k-eモデル。 修正k-eについては、大気境界層の流れ場の計測結果（経験則）に基づき、σμを小さくしている。 |
| MASCOT (水域ネットワーク) | 2000年、東京大学が開発したCFDベースのソフト。発電量予測、設計風速算定が可能。台風シミュレーションによる設計風速の算定も可能。 | 修正k-e [6] | Shieらの非線形渦粘性モデルを採用。本モデルは、標準k-eモデルに比べて、レイノルズ応力の非等方性の再現、流れの実現性（Realizability）の改善が見込まれる。 |
参考文献
- B. Launder and D. Spalding : The numerical computation of turbulent flows, Comput Mech Appl Mech Eng 3:269-289 (1974).
- B. Launder E and B.I. Sharma : Application of the Energy Dissipation Model of Turbulence to the Calculation of Flow Near a Spinning Disc, Letters in Heat and Mass Transfer, vol. 1, no. 2, pp. 131-138 (1974).
- A.R. Gravdahl, Meso Scale Modeling with a Reynolds Averaged Navier Stokes Solver Assessment of wind resources along the Norwegian coast, (1998).
- C.J. Yap, Turbulent Heat and Momentum Transfer in Recirculating and Impinging Flows, PhD Thesis, University of Manchester, (1987).
- V. Yakhot, S.A. Orszag, S. Thangam, T.B. Gatski, C.G. Speziale, Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique, Phys. Fluids A Fluid Dyn. 4 (1992) 1510.
- T.H. Shih, et al.: A new Reynolds stress algebraic equation model, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 125 (1995) 287-302.
- S. Sanquer, et al.: Modelling wind flow in forested area: a parametric study, Windeurope Summit 2016, abstract.
- T.Yamada : Simulations of Nocturnal Drainage Flows by a q2l Turbulence Closure Model, Journal of Atmospheric Science. 40, 91–106 (1983).
風ノート 