Computational fluid dynamics simulations of local wind in large urban areas

Denne rapporten drøfter metodikk og parametere som benyttes for høyoppløste fluiddynamiske simuleringer av vind i store byområder. Et 150 km² område av Oslo er brukt som et spesifikt eksempel, og den lokale vinden i byrommet er simulert for 18 ulike meteorologiske vindretninger. Såvidt forfatterne kjenner til er dette den første dokumenterte beskrivelsen av såkalte LES-simuleringer (“large-eddy simulations”) for urbane områder større en omtrent 25 km² med geometri-konforme tetraheder-mesh.

Arbeidet presenteres i sammenheng med FFI-prosjektet “UNOS”, som dreier seg om utvikling av et presist operasjonelt verktøy for spredningsberegninger i norske byer. Et slikt verktøy har nytteverdi for risikoanalyser, situasjonsforståelse og bedret beredskap med tanke på spredning av kjemiske eller biologiske trusselstoffer i urbane områder. Arbeidsflyten og føringene som diskuteres i rapporten er imidlertid relevante for mange andre tilfeller der fluiddynamiske simuleringer av vind i et gitt geografisk område er av interesse. For eksempel kan vindlaster, vindmiljø i byrom og luftforurensning simuleres. Valg av tilstrekkelig mesh-oppløsning, gode beskrivelser av det innkommende vindfeltet og andre relevante parametere blir drøftet.

Resultatene er hovedsakelig eksempler på vinddata fra simuleringer for utvalgte meteorologiske vindretninger, og eksemplene viser hvordan slike data kan presenteres. Undersøkelsen av ulike problemparametere avdekket dessuten flere relevante resultater: Selv om en mesh-oppløsning på 1 m nær faste vegger anbefales, er 2 til 4 m oppløsning godt nok for dette arbeidet, gitt konteksten beskrevet i forrige avsnitt. I tillegg viser det seg at detaljene i et turbulent innkommende vindfelt ikke er avgjørende for det urbane vindfeltet. På den annen side vil domenehøyde og grensebetingelser på vegger påvirke løsningen; en domenehøyde på 4 km var tilstrekkelig for simuleringene i dette arbeidet, og en svak formulering av grensebetingelsene ga noe bedre resultater enn en sterk formulering med endelig-volum-løseren som er blitt brukt her.

Metodikken og parametrene beskrevet her er brukt til å simulere urban vind i Oslo for 18 ulike meteorologiske vindretninger, og disse resultatene er videre brukt til å kompilere det operasjonelle spredningsberegningsverktøyet, CT-Analyst® Oslo.