Advanced Prediction Method of Indoor Natural Ventilation Flow using LES-based Domain Decomposition Technique
| Project/Area Number |
20H02311
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 23020:Architectural environment and building equipment-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小林 知広 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90580952)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山中 俊夫 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (80182575)
山澤 春菜 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (80982305)
小林 典彰 大阪大学, 大学院工学研究科, 技術職員 (60880656)
崔 ナレ 東洋大学, 理工学部, 助教 (10826481)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
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| Keywords | CFD / LES / 風洞実験 / 通風 / 自然換気 / 領域分割 / 領域分割法 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、近年高層非住宅建築でも自然換気システムの採用が増えている背景に鑑み、設計段階から数値解析による自然換気・通風の高度な予測を可能にすることを目的とする。具体的には屋外風環境予測の分野で近年利用が現実的となってきたLarge Eddy Simulation（LES）の解析結果を利用することを前提とし、適切な境界条件を作成して室内のみを解析領域としてLESにより高精度かつ詳細に室内環境を予測する手法としての「LES領域分割法」の提案と検証を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、建物内外の気流予測において今後一層の利用が予想されるLarge Eddy Simulation(LES)を前提とし、自然換気・通風の室内気流予測時に適切な境界条件を設定し、 室内のみを解析領域としてLESで高精度かつ適切に室内気流場を再現し得る実用的な予測法としての「LES領域分割法」の確立を目指すものである。R.3年度までは等温場を対象として、開口に対して直交、平行、斜めの3つの風向条件を対象に検証し、提案する領域分割法のアルゴリズムについても精度に応じてMethod1から Method3までの3種類の検証を行った。
その後の方針として、重力換気を設計意図に組み込んだ建物にも応用可能なことを検証することでより社会的にも貢献度が高い技術になると考え、R.4年度には基礎研究としてこれまで対象とした簡易形状を対象として、非等温場で基礎的な知見収集と予備検討を行った。具体的には、内部発熱を想定して建物床面から発熱を行い、風力と重力が同方向に作用する場合と逆方向に作用する場合の2条件を対象に縮小模型による風洞実験を行った。この際、発熱量は流入風速と発熱による室温上昇を考慮したAr数を実スケールと合わせて相似則を適用し、現実的な温度差（浮力）条件を想定して換気量と室内気流場の測定を行った。この結果を解析と比較可能な実験値として数値解析のValidation用の値とし、CFD解析の予備検討を行った。この検討は従来の全域解析と領域分割法を用いた両方で実施する必要があり、この両者をLESで実施することには解析の時間を長く要することから、当該年度は予備検討と位置付けてReynolds Stress Modelを用いたRANSモデルによる予備検討と位置付け、その精度の確認と課題抽出を行い、非等温でも概ね適用可能との見込みが得られた。次年度には同様の解析をLESで実施する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画では等温場での検証終了後にはより現実的な室を想定して当該手法の適用可能性を検証する予定であったが、前述の通り非等温場で検証を行うことでより実用性が向上すると考え、風力と重力が同時に作用する自然換気現象への適用性の確認を行うこととした。これにより当初計画から方針の変更は行ったものの、当該手法の検証を行う意味では順調に研究が進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では基礎研究としての通風解析の方法論に着目しており、基礎的な形状を対象としながらも等温場の気流解析への適用可能性を確認した上で、非等温場での検証のためのRANSによる予備検討までが完了した段階と言える。今後は非等温場を対象としてLESを用いた全域計算を実施した上で、その計算負荷を大幅に軽減するためのLESによる領域分割法の検証を行い、当該手法の有効性を確認する所存である。
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Report
(3 results)
Research Products
(14 results)
