微気象制御学微気象の調和的予測と能動的観測の融合による自律制御型社会基盤の創成

計画研究

A04 現象モデル班

学術的背景、研究課題の核心をなす学術的問い

天然ガス・石油・石化プラントでは、大量の熱を排出する熱交換器が長さ500mにも及ぶ列を成している。気象条件によっては、風上側の排熱が風下側の熱交換器や各種装置に吸い込まれる事で装置の性能低下を引き起こす Hot Air Recirculation (HAR) と呼ばれる現象が発生する（図1）。性能低下により緊急遮断システムが働き生産が中断されることを防ぐため、しばしば生産量を低めに抑えてプラントが運用される。HARに起因する生産量低下によって、全世界的に甚大な経済的損失がある。微気象予測情報に基づき各機器を最適に運用しつつ、全体の生産量を最大化できれば大きな波及効果が期待される。そのような最適運用の実現には、HAR発生メカニズムを解明した上で、それを微気象予測シミュレーションによりリアルタイムに予測する必要がある。

これまでに仮想プラントを対象としてHAR発生メカニズムの検討が行われてきた。本研究課題の連携機関である日揮グローバル社においても、乱流の数値計算の一つであるRANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) モデルを用いた解析が行われている（図2）。一方で、計算機性能向上により一般化してきた LES (Large Eddy Simulation) による非定常解析を本課題の予備検討のため行ったところ、定常解析では見られない興味深い様相が見えてきた。

こうした社会的・学術的背景を顧み、本研究における【学術的な問い】を、(a) HAR発生を引き起こしうる高温領域の発生条件・維持機構は何か、(b) HAR現象を再現するために必要な微気象情報の時空間スケールと精度はどれだけか、(c) 微気象予測シミュレーションはその要件を満たしうるか、つまり微気象予測シミュレーションはHAR現象を再現可能か、の3点とする。