流れの可視化 (建築設備と配管工事 2019年8月増刊号)

気体や液体の流れを直接見ること、実際の流れを可視化する方法、いわゆる「流れの可視化」について、流体力学分野における目的は、新しい流れの現象の発見や法則の実証をはじめとして、流体機械、輸送機器、プラント、構造物、室内などの流体力学的現象の解明や製品開発・改良研究の遂行にあります。本増刊号では「流れの可視化」を建築設備の観点から、可視化手法や企業・研究機関での事例等を紹介する。

◆流れの可視化/月刊「建築設備と配管工事」編集委員会
流れの可視化は建築設備においても配管やダクト内の流れの可視化、送風機羽根車内流れの可視化、クリールーム内の気流解析、制気口における気流の分布や到達距離の把握等々、強力な流れ解析ツールとして認識されつつある。本稿では、流れの可視化の各手法を簡単に紹介する。

◆PIV:粒子画像流速測定法による気流の視える化/(国研)産業技術総合研究所/染矢　聡
PIVは速度分布計測ツールとして普及が進む一方で、多次元化や複合計測化の技術開発が進められている。ここではPIVをベースとして、気体流れから混相流まで幅広く、速度と同時に熱物質の移動をも直感的・定量的に可視化するための新しい技術を紹介する。

◆空調吹出し気流に利用可能な渦輪の特性解析に活用/立命館大学/近本智行
非定常気流の可視化事例として、LESによる非定常CFD 解析を行うことで、渦輪の気流特性を検証した。進行しながら高速回転する渦輪はPIV 解析では十分に挙動を捉えることができなかったが、LESで時系列毎の渦輪の形状変化や速度の減衰を確認し、渦運動の詳細な構造を把握できた。

◆PIVを用いた業務用ガスコンロ上方の流れ場計測/東京ガス(株)/島貫友貴/東京理科大学/倉渕　隆/東京電機大学/鳥海吉弘
静穏場においてガスコンロ上方に形成される流れ場の速度分布をPIVによって測定した事例を紹介する。2次元PIV 計測によって、上昇気流の発達過程を明らかにするとともに、ステレオ計測によって水平断面の非定常な流れ場を可視化した。

◆大空間における立体的な時系列3D-PIV・PTVの最新技術/日本カノマックス(株)/上山幸司
3次元空間の流れ場の速度3成分が計測可能なトモグラフィックPIVおよび、粒子追跡手法 Shake The Boxについて説明し、その計測例を紹介する。
さらに今まで不可能であった大空間への計測を可能としたヘリウムソープバブル発生器についても紹介する。

◆屋上面気流場を対象とした時系列PIV測定/(株)宇部情報システム/山田慎一
非定常流体解析の格子幅を設定する上で小スケールの影響を把握することは重要となる。本稿では　建物屋上面を対象としたPIV 測定結果に対して空間フィルタを適用し、小さなスケールの流速変動を直接的に取り除いた際に生じる影響について紹介している。

◆高速PIVを用いた多翼ファンの翼間流れの動的挙動解析/(株)デンソー/酒井雅晴/(株)SOKEN/三石康志・吉野悦郎
カーエアコンや住宅用換気システムなどに広く使用されている多翼ファン(シロッコファン)の低騒音化のためには、騒音の原因となる内部流れの把握が重要である。本稿では、回転翼間流れの可視化技術および多翼ファンの翼間流れの動的挙動解析事例を紹介する。

◆CFDと3Dプリンタによる熱流体機械の最適化設計手法/大阪工業大学/宮部正洋
熱流体機械を対象として数値流体力学(CFD)による最適化フレームワークを適用することで設計パラメータの最適な組み合わせを見つけ出し、3Dプリンタで製作して性能試験を行う実証手法を開発した。ガスタービンのフィルム冷却孔の配置を最適化した事例を紹介し、最適化手法の有効性を示した。

◆Mixed RealityによるCFD可視化システムの最新動向/新菱冷熱工業(株)/土志田卓
実際には見ることができない空気の流れや温度分布を「見える化」する手段として、当社ではCFDとCG 可視化技術(AR/VR/MR)に着目し、MRによるCFD 可視化システムを2017年7月にリリースした。本稿では、本システムで新たに拡張した機能や、近年のMRの動向を中心に紹介する。

◆CFDを用いた管路内の流れの可視化/(株)新日本エグザ/土屋　玄/日本下水道事業団研修センター/石川　眞
下水道管渠内の流れは複雑な様相を呈している。さらに雨天時は大量の雨水が流入することにより、空気の連行を伴い、管渠内の圧力が増加してマンホール蓋の飛散等の事故を引き起こすことがある。今回、CFDを用いて下水道の管渠内流れの解析とマンホール圧力の解析を行い、制度の良いシミュレーション結果を得られた。

◆仕切弁上流に形成される渦の変化について/大分大学/山田英巳
仕切弁は円管路において多用されているにもかかわらず、弁体近傍の流れパターンはほとんど知られていない。本稿では、撮影された粒子画像から流れ場を可視化し、仕切弁の上流に形成される渦系やその渦形成領域がレイノルズ数とともに変化することなどを紹介する。

◆紫外線励起蛍光体を用いた流れの可視化/摂南大学/堀江昌朗
本稿では、紫外線励起蛍光体をトレーサとした流れの可視化について紹介する。紫外線波長光源を用いた場合、ハレーションは生じず蛍光体のみの可視化が可能である。また、本蛍光体は405nmの波長でも明るく蛍光し、高速度ビデオカメラによる撮影も可能であることが確認された。

◆室内環境を可視化するAR利用技術の開発/安藤ハザマ/黒台昌弘・早川健太郎・岩本吉隆・森　一顕・村石辰徳/富士ソフト(株)/増田裕正
これまで設計者、施工者、建物利用者間で空調などの室内環境イメージを共有するには、平面図や断面図、3Dモデルを用いてきたが、実際の施工現場の現況と結び付けて理解することが困難であった。そこでAR 技術に着目し、温度・気流の解析結果を現場で可視化する技術を開発した。

◆気流可視化システム クリーンルームフォガー2001/(株)セントラル科学貿易/鈴木清之
フォガーとは文字通りフォグ(霧)を発生させ、気流を可視化する装置の総称で、使用するWorking Fluids(消耗品)や発生方法により実際に発生するフォグには違い(特徴)が生じる。また、フォガーは非常に高密度なフォグを発生させることが可能なため、ミスト発生装置とは一線を画す。本稿では、液体窒素と純水を使用する方法と純水のみを使用する方法を中心に実際の発生装置も交え紹介する。

◆可搬型気流可視化装置クリーンビューワー/日本エアーテック(株)/川又一誠
クリーンルーム及びクリーン機器内の気流の可視化を行い、汚染発生源、ゴミ溜りの有無を確認する。当社の気流可視化装置(クリーンビューワー)は、HEPAフィルター及び純水を使用する為、周囲を汚染することなく気流が可視化できる。

◆可視化・解析サービス/暮らしの科学研究所/成田泰章・吉田菊躬/東北文化学園大学/野﨑淳夫
今日において、様々な環境改善・対策製品が市販されているが、消費者に製品性能や特徴を訴求するためには、単なる数値データではなく直感的で分かりやすい表現が求められている。本稿では、これらのニーズに対応した、当研究所で提供している各種可視化・解析サービスについて実施例を交えて紹介する。

◆軽量でわずかな気流にも優れた追随性を示すハンディ型気流可視化装置/(株)アメニティ・テクノロジー/永安克志
数多くのクリーンルームを設計、施工し、実際に使用している中で、当初、自分達が気流を可視化するために開発したのが「モバイル気流可視化装置AVISである。AVISは、ハンディーであること、ミストの粒子径が0.5mmで揃っているため、気流に対する追随性が非常に高いのが特徴。

◆管路網の数値計算と流れの可視化/アドバンスソフト(株)/秋村友香・神長龍一
ガス管路網計算では、トレーサー粒子を用いてガスがどの基地から送出されたものかについて可視化をした。水道管路網の計算では、工事時は通常運転時とは逆向きの流れが生じる箇所があることを可視化によって確認した。

◆熱流体解析ソフトの常識を破った設計支援ツール/(株)アドバンスドナレッジ研究所/塚本百合
ある設計目標を満たす改善案を求めるという場合に、従来は非常に時間のかかるパラメータスタディなどが行われてきたが、実際の現場では案件にかけられる時間や人が限られている。本稿では、このような設計現場における課題の解決策となる技術について紹介する。

◆VR/ARを含む最新の熱流体解析可視化技術/(株)ソフトウェアクレイドル/吉川淳一郎
熱流体解析は現在居住環境や設備機器の性能を表現する手段としての利用が多くなっている。そのため結果の可視化は解析エンジニアや設計者ではない第三者が理解しやすい表現方法が求められ、同時に年々大規模化する解析結果を高速で処理する技術も必要不可欠となっている。本稿では、急速に実用化が進むVR(仮想現実)やAR(拡張現実)を含む最新の熱流体解析可視化技術について紹介する。