室内気流場の実用的推定手法の開発とそれに基づく定量的空気感染リスク評価

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04630
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 岡 秀行 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (80399518)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡 泰資 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (10240764) ; 木村 新太 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (30582556)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: MASCONモデル / 代数的乱流モデル / 気流場簡易解析手法

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、感染症対策の工学的観点から屋内空気感染のリスク評価ツールの開発を視野に、換気・空調流れの予測精度と計算の迅速性を合わせ持つ簡便な気流場推定法を開発し、換気効率指標や感染確率モデルから算出される感染リスクを定量的に評価することを目的としている。MASCON（MASs-CONsistent flow）モデルでは気流場の一次推定値として、対象とする気流場内に存在する物体周りの流れの様子を表現するモデルが不可欠である。初年度は、矩形物体周囲に形成される渦領域を矩形物体の幾何学的情報のみを用いて代数式で表現する既存モデルの改良を試みた。この既存モデルは建築物等を想定した開放系空間での適用を目的に開発されたものであり、換気・空調流れのような屋内閉鎖空間の物体周りの流れを想定していない。そこで、半閉鎖空間内に設置した物体周囲の気流場を実験的に模擬するため、Martinuzziら（1993）の風洞実験を参考に風洞模型を作成した。風洞内の床面に設置した矩形物体周囲の気流場を計測するため、粒子画像速度計測法（PIV）を導入し、妥当な計測結果が得られるように調整している。また、MASCONモデルから算出される気流場をもとに渦粘性を求めるため、屋内外の気流場の解析のために開発された種々の代数的乱流モデルに着目し、風洞実験と並行して数値流体解析を実施した。MASCONモデルに適した代数的乱流モデルの開発に向けて一定の見通しが得られており、引き続き再現性向上のためにモデルの改良を検討している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

まとまった形の成果物は得られていないものの、【研究実績の概要】で記載したように今後の見通しが立つ一定の結果が得られており、令和5年度に論文として取りまとめる予定である。

Strategy for Future Research Activity

当初の研究計画のとおり、数値流体解析技術を簡略化した数値モデリングとその検証用実験の両面から以下を実施する。
・矩形物体周りに形成される渦領域の範囲及び速度分布を表す代数モデルを開発する。
・変分法に基づき質量保存流速場を推定する手法に上記の代数モデルを組み込む。
・数値モデルの検証に代表的なベンチマーク問題（ASHRAE RP-1271，2007）を取り上げ，実大スケールの模型実験を行う．

Causes of Carryover

次年度使用額が生じた理由及び次年度の使用計画は以下のとおりである。
・国内学会出張を計画していたが、次年度の学会参加としたため。
・風洞模型用消耗品ならびに計算機消耗品を計上していたが、次年度の購入で対応可能なため。