2018 Fiscal Year Annual Research Report
Prediction and evaluation of high-risk low-probability phenomena in an urban canopy space
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17H04946
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
池谷 直樹 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (70628213)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 都市キャノピー / 近赤外分光法 / 屋外スケール模型実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H30年度は，ダイナミックフラックスシステムの開発，屋外観測データの分析，および高解像度数値流体流体計算に向けた準備計算の実施を主として行った．以下にその概要を述べる．
ダイナミックフラックスシステムの開発においては，その主要な計測系となる蒸発量計測システムの構築を前年度に引き続き行った．蒸発量計測システムは，対象物の含水量を近赤外光の反射強度から推定するものである．H29年度のにおける選定した近赤外線ラインカメラを使用し，対称面含水率と反射強度の関係式を決定する較正曲線の同定実験方法を確立した．また，同様のシステムを風洞実験内に設置した条件での構成実験を行い，気流下に暴露した平板の平均蒸発量分布を計測した．また，同実験系を従来法であるろ紙蒸発法による計測結果と比較することで，開発した近赤外線ラインカメラによる水分蒸発量計測の制度を検証した．それに加えて，本手法に使用した近赤外カメラの問題点を明らかにし，新規に波長別の反射強度計測が可能なスペクトルカメラを購入するに至った．
準実大スケール模型実験のデータ分析については，前年度のH29年11月ごろからH30年2月にかけて行った観測データにに基づき，屋外サイトでの速度頻度分布や風向などの基本的な気流場の状態に加えて，建物の壁面圧力分布と上空気流との関係や建物模型に囲まれた歩行者空間やについて分析を進めた．なお，前半の建物周辺気流と壁面圧力の関係については，国際ジャーナルにまとめ現下投稿・査読プロセスに至っている．
最後に，H30年以降の研究課題として掲げていた都市建物群周辺の高解像度数値流体解析に向けて，H30年度はその基礎的な検討を行うための準備段階として，建物内外の高解像度数値流体解析を行い，今後の高解像度数値計算に向けた予備解析を行った．
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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
近赤外分光法を応用した蒸発量計測システムは，水分を含む対象に水の吸収波長帯を含む近赤外光を照射し，その反射強度から推定するものである．そのため，対象物の含水量と反射の関係をあらかじめ決定したおく較正実験を精度よく実施することが計測システムの精度に大きく影響する．H29年度における較正実験による得られた知見により，太陽光に含まれる近赤外光をなるべく含まないような遮光した実験室で較正実験を行った．これにより，前年度に比べて高い精度での較正実験が可能であることを確認した．加えて，単純な平板の対流熱伝達率の経験式の再現を目的として，気流下に暴露した平板の蒸発量計測を行い，従来法とよく一致することを確認した．
準実大スケール模型実験のデータ分析については，前年度に実施した屋外サイトでの速度および壁面風圧計測実験の結果をもとに，屋外大気条件により風向及び風速が時々刻々と変化する条件での，建物群内気流および壁面圧が如何に連動するかについて検討した．観測結果の整理として，観測期間中の速度頻度分布や風向などの基本的な気流場の状態を分析，観測期間中に目的とする風向，風速の条件が実現されていることを確認した．また，建物の壁面圧力分布，壁面圧力と上空風そのパワースペクトル密度，上空高速の確率密度などの統計情報を算出し，屋外観測においてみられる数日にわたる変動が発生していることを確認した．
高解像度数値流体解析では，開口を有する建物が都市建物群内に位置している条件を対象として，建物開口近傍や建物内を十分に解像した計算を行った．建物サイズに比して小さな開口部や開口部壁面厚さ方向に対して十分な空間解像を設けた解析により，建物内外の非定常な気流の連動性について分析した．
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| Strategy for Future Research Activity |
蒸発量計測システムの構築においては，近赤外ラインカメラの導入により，前年度に比べて高精度な較正実験と非接触計測が可能なことを示した．しかしながら，近赤外ラインカメラが水の吸収波長帯以外の広い範囲の近赤外光を受光するために，日射による環境の変化や，温度返還による対象物表面の反射強度変化が影響し，対象物からの反射強度の再現性を十分に高くすることが困難であることが分かった．そこで，H30年度において新規に波長別の反射強度取得が可能なスペクトルカメラを導入した．このスペクトルカメラでは，従来は困難であった水の吸収波長帯と非吸収波長帯の反射強度比を計測値として用いることが可能であり，これらを用いた較正実験及び検証実験を行う予定である．加えて，粒子画像可視化計測手法による速度場と床面蒸発量の同時計測を試み，ダイナミックフラックスシステムの構築を目指す．
また，引き続き屋外風速気流場の分析を進めることで，都市キャノピー空間における瞬時風速の確率密度およびパワースペクトル密度を元に，気流場の確立性状が如何に歩行者空間速度のまれな確率事象に影響するかについて分析を行う．風洞実験などの十分にコントロールされた条件では発現することがない稀な高風速および低風速事象の発生頻度から，実際の屋外大気環境下において特有なイベントについて整理する予定である．
さらに，建物周辺気流の気流場およびスカラー場の数値流体解析を行い，都市内速度場と濃度場を取得する．歩行者空間低頻度高リスク現象の整理のための速度場データベースの構築を目的として，風洞実験や屋外観測では取得が困難な速度場と濃度場の連動に着目した解析を行う予定である．
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