圧縮性LESによる高層ビル火災時の熱・汚染物質輸送の高精度予測手法の開発

使用可压缩 LES 开发高层建筑火灾期间热量和污染物输送的高精度预测方法

• 批准号: 14750490
• 负责人: 白石 靖幸
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: The University of Kitakyushu
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750490/
• 关键词: 圧縮性LES; 火災; 高精度予測; 高浮力; Boussinesq近似

1)高浮力流れ場を対象とした圧縮性解析の実行サーマルキャビティー内の熱対流を対象として、低マッハ数近似式及びBussinesq近似式を用いて解析を行い、主に以下の知見が得られた。a)Boussinesq近似式と低マッハ数近似式は、代表温度差が30℃程度の低温度差の熱対流の場合、流れ場、温度場共に良く一致する。b)代表温度差が300℃の場合、Boussinesq近似式と低マッハ数近似式の流れ場及び温度場の差が顕著となる。特に水平断面における流速の鉛直成分の近似による差は最大で20%程度となる。この点から、火災時のような高温度差の流れ場の解析では、低マッハ近似式のような圧縮性の解析手法が適する。c)Boussinesq近似式では、運動方程式の浮力項を線形化しているために、低マッハ数近似式と比較して、高温域及び低温域における流れの加速及び減速が生じている訳ではない。むしろ、連続の式中の密度変化を考慮しないために、熱膨張及び熱収縮の効果が再現されず、加熱壁近傍で流速を過小に、冷却壁近傍では過大に評価する。従って、非圧縮性の解析手法をベースに火災時のような高温度差の解析を行うには、連続の式の高精度化が重要となる。2)高温度差の圧縮性流れ場の解析データベースの整備高温度差の流れ場に関するデータは、実験による測定が困難であるため、本研究にて実施したシミュレーション結果(サーマルキャビティ)を取りまとめ、運動方程式、エネルギー式、連続の式という支配方程式の各項(移流項、拡散項 等)の密度変化の考慮が解析結果(主に流れ場)への影響度に関するデータベース化を行った。

1）对高浮力流场进行可压缩性分析，使用低马赫数近似方程和热腔中热对流的BusSinesQ近似方程进行了分析，并主要获得以下发现。 a）当热对流的低温差约30°C时，BousSinesQ近似方程和低马赫数近似方程均与流场和温度场均匹配。 b）当代表性温度差为300°C时，Boussinesq近似方程的流量和温度场之间的差异与低马赫数近似方程变得明显。特别是，由于水平横截面中流速度的垂直分量的近似值而引起的差异约为20％。从这个角度来看，诸如低马赫近似方程之类的可压缩分析方法适用于分析具有高温差异的流场，例如发生火灾。 c）BousSinesQ近似方程线性化运动方程的浮力项，因此与低MACH数近似方程相比，流动加速度和减速发生在高温和低温区域。相反，由于未考虑连续方程的密度变化，因此没有再现热膨胀和热收缩的影响，并且在加热壁附近低估了流速并在冷却壁附近被高估了。因此，为了分析高温差异，例如发生火灾的差异，重要的是要提高连续方程的准确性。 2）制备数据库用于分析高温差压缩流场，因为在高温差的流场上的数据可能难以在实验上进行测量，本研究中进行的模拟结果（热腔）是编译的，并在分析结果（主要是流动场）的影响方程（以前的术语等方程）的情况下，对分析结果的影响（主要是流动场）进行了汇总（主要的流量）。能量方程和连续方程。

项目成果

上原瞳, 白石靖幸 他: "ハノイ実験住宅における自然換気性状評価及び環境負荷削減効果の検討,ポーラス型居住区の環境工学的特性の解明(その14)"日本建築学会大会学術講演梗概集. 環境工学I. 923-924 (2003)

上原仁美、白石康行等：《河内实验住宅自然通风性能评价及环境负荷减轻效果研究，多孔住宅区环境工程特性的阐明（第14部分）》建筑学院学术讲座论文集日本会议环境。 I. 923-924 (2003)

白石靖幸, 村上周三, 加藤信介, 伊香賀俊治, 平野智子: "ポーラス型住棟の自然換気量増加と冷房負荷削減効果の検討,高温多湿気候下における環境負荷低減型住居に関する研究"日本建築学会計画系輪文集. 第558号. 15-22 (2002)

Yasuyuki Shiraishi、Shuzo Murakami、Shinsuke Kato、Toshiharu Ikaga、Tomoko Hirano：“研究在多孔住宅建筑中增加自然通风和减少冷却负荷的效果，研究减少炎热和潮湿气候下环境影响的住宅”日本建筑学院规划丛书No. 558. 15-22 (2002)

白石靖幸: "低マッハ数近似式との比較によるBoussinesq近似式の予測精度の検討,圧縮性高浮力流れの数値解析に関する研究"日本建築学会九州支部研究報告集(環境系). 第42号・2. 285-288 (2003)

白石康之：《通过与低马赫数近似公式比较来检验布辛涅斯克近似公式的预测精度，可压缩高浮力流的数值分析研究》日本建筑学会九州分会研究报告（环境系统）第42号2。 285-288（2003）

白石靖幸, 村上周三, 加藤信介, 金泰延: "対流・放射連成解析による通気層を有する二重屋根の遮熱特性に関する検討"日本建築学会計画系論文集. 第556号. 23-29 (2002)

白石泰行、村上修三、加藤伸介、金康信：“利用对流-辐射耦合分析对带通风层的双层屋顶的隔热性能进行研究”日本建筑学会会刊规划部第 556 期，第 23-29 期(2002)

白石靖幸, 加藤信介, 石田義洋: "低マッハ数近似式との比較によるBoussinesq近似式の予測精度の検討,圧縮性高浮力流れの数値解析に関する研究"日本建築学会環境系論文集. 第577号. 13-18 (2004)

Yasuyuki Shiraishi、Shinsuke Kato、Yoshihiro Ishida：“通过与低马赫数近似公式比较来检验 Boussinesq 近似公式的预测精度，可压缩高浮力流的数值分析研究”日本建筑学院学报，环境研究，第 577 .13-18 号（2004 年）