2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an urban fire simulation based on wind and combustion interaction analysis
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17K06541
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
長谷部 寛 日本大学, 理工学部, 准教授 (60366565)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野村 卓史 日本大学, 理工学部, 特任教授 (50126281)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 風と火災の連成解析 / アイソジオメトリック解析 / ポータブルマルチファン風洞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は以下の3つの項目を進めた。
1つ目は，火災延焼実験の実施に向けたポータブルマルチファン風洞の改良である。2019年度までにバッテリー駆動するポータブル風洞を構築したが，使用材料の耐久性が弱く運搬時に破損が懸念されたことから，3Dプリンタを用いて樹脂製のフレームを製作した。3Dプリンタを用いることで形状の自由度が上がり，特に吹き出しのサイズを複数製作することで，風速の最大値を制御することも可能になった。
2つ目は，ソリッド要素を用いたアイソジオメトリック解析の精度向上である。市街地の風況をアイソジオメトリック解析で求める場合にはソリッド要素で空間を分割するが，高次ソリッド要素を用いた際に必要になる数値積分の積分点数は不明瞭であった。そのため，単純なはり部材であるが，ソリッド要素の次数，要素分割数をパラメータとして，正確な数値積分に必要な積分点数を明らかにした。
3つ目は，風と火災の連成解析における側方境界条件の改良である。火災との連成解析を行う際，特に無風時で気流温度が高温となる場合，周辺から熱源中心に向かう強い流れが生じる。解析領域の境界が熱源近くに設定されている場合，境界上で数値不安定性が生じ発散に至った。この要因は，境界上で流れの流速勾配が生じるにも関わらず，勾配ゼロとなる境界条件を与えていたためと考えられた。そこで，これまで用いていたトラクションフリー条件に改良を加え，流速勾配を許容する扱いを試みた。現状，実装が完了していない状況ではあるが，この境界条件が機能すれば，これまで発散していた高温の熱源によって生じる気流の解析が実現される。これは，火災旋風の解析につながる大きなステップとなる。
今後はポータブル風洞を活用した市街地モデルでの燃焼実験と，その検証解析を実施する予定である。
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