| 研究課題/領域番号 |
23K17789
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分23:建築学およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
池谷 直樹 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (70628213)
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| 研究分担者 |
廣瀬 智陽子 福岡県保健環境研究所, その他部局等, 主任技師 (10897656)
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| 研究期間 (年度) |
2023-06-30 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
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| キーワード | 屋外観測 / 風洞実験 / 数値解析 / 渦スケール / ビル風 / 都市換気 / 通風換気 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
都市域の風は建物群が作る大小様々な渦が重畳された乱流により構成されており，通風換気，ビル風，都市換気など大小様々な空間スケールの空気流動現象に影響する．こうした対象と現象のスケール多様性から，都市域の風を建築学の観点において有効に利用することを目的に，空間スケールの異なる空気流動現象に強く影響する乱れの渦サイズを明らかにする．加えて，基礎学門の知見を実学としての建築学に波及させる．以上より，本課題は，建築を取り巻く多様な空間スケールの空気流動現象に対して，影響力のある渦サイズと乱流エネルギースペクトルの関係を解明し，都市・建築デザインにおける有効な風利用のための直感的な渦サイズを明示する．
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| 研究実績の概要 |
本課題は，従来風洞実験として取り組まれてきた建物群周辺気流に関する流動実験をあえて屋外環境下に構築することで，大小様々なスケールの渦が包含された流動条件における屋外縮小模型実験を実施するものである．屋外実験により，大気擾乱，都市境界層，縮小模型による内部境界層，建物に依るエネルギー生成の全てが重畳された条件において，建物群周辺気流と通風気流の計測を行い，都市換気，ビル風，通風換気に対する渦スケールの影響評価を行う．また，屋外観測に加えて，風洞実験により再現した都市境界層流れと建物流れの干渉する実験系を構築し，異なる乱れスケールが干渉することによる強風や弱風の発生について分析を行う．第二年度として，初年度の事前準備のために行なった屋外観測サイトのための研究棟屋上に高周波数で風速の時系列データの分析を進めた．初年度の事前計測において，システムの設置場所による問題により，風速データに大幅な電気的ノイズが重畳させることを確認したことをうけ，センサーの設置場所を変更した上での長期計測を実施した．加えて，屋外観測サイトの準備の遅れを補うために，風洞模型実験と数値流体解析により実街区を対象とした風速推定を行い，建物群周辺の平均風速や流量，乱れの長さスケールなどの統計量，二点相関分布などの分析を進めた．加えて，速度場の解析プログラムを整備することで，屋外および屋内での取得データを公開するための準備を進めた．屋外観測サイトでの参照データの取得が予定よりも遅れていることから，研究期間を1年間延長する決定を行なった．
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
初年度に続いて，研究棟屋上に高周波数で風速の設置とモニタリングを観測システムを観測タワーに設置し，数ヶ月間の屋外観測を実施してきた．しかしながら，観測システムの設置場所による問題があることや，風速データに高周波ノイズがふくまれることが判明した．特に，風速のパワースペクトルを分析すると，大気擾乱による低スペクトル領域，いわゆるスペクトルギャップは明確には確認されず，高周波にわたって大幅な振動が含まれていることが確認された．以上のようなことから，改めて屋外観測サイトを設定する必要があることが分かり，参照風速測定のための観測システム一式を再設置することに至った．以上ような背景から，当初研究期間を2年と設定して研究課題に取り組んできたが，1年間の研究期間の延長を申請する決断に至った．屋外観測においては，長期的に安定したデータを取得することが重要であることから，参照風速の低周波スペクトルを丁寧に分析することは不可欠であり，研究期間を延長することで，安定的なデータ取得を行うことが必須であると判断した．研究の若干の遅れを補うため，屋外観測だけではなく，風洞模型実験と数値流体解析の併用，また，既存の気象データセットの分析を行うことも研究課題の中で取り組み，自前の観測サイトによるデータ取得だけではなく，様々なデータセットを使った分析により，当初目的との異なる渦スケールの様々な屋内外気流に対する影響解明に取り組むなど，代替案を実施してきたことから，研究課題の進捗の遅れを最小限にとどめている．
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| 今後の研究の推進方策 |
非専門家も含めたより直感的な空気流動現象に強く影響する渦サイズを明確にすることを目的として，風洞実験と屋外観
測に継続的に取り組む．風洞実験においては，複数の配列条件を対象として，周辺気流の統計的性質や確率分布を明らかにする．具体的には，熱線流速計による境界層内風速プロファイルの取得と，粒子画像可視化計測法を使った建物周辺瞬間速度場の取得を行う．特に，建物高さや配列条件を変更させた場合における歩行者高さの瞬間風速を面的に捉えることを目標とした実験系を構築する．先述のとおり，新規に再設置した観測サイトにおいて，建物周辺気流の計測と分析を進めることで，屋外観測サイト構築の遅れを取り戻す．半年を目処に，観測システムによる背景データが取得できるように整備するとともに，取得した風速データの統計解析を進める．背景データとして，数ヶ月に渡る長期観測ができるようになったことを確認した上で，風洞実験と同じ単純建物群周辺気流の屋外計測を始める．また，観測サイトの設置に当初よりも時間を要していることに鑑み，既存のデータセットである気象官署の風速データを活用するなど，代替案も積極的に活用することで課題を遂行する．課題最終年度として，以上のデータを活用し，風洞および屋外観測による瞬間風速の分析を行い，平均風速や流量，乱れの長さスケールなどの統計量に加え，二点相関分布や面内の渦分布の可視化を取り入れ，具体的な渦サイズと現象との対応を整理し，本研究の総括とする予定である．
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