JPH0564288B2

JPH0564288B2 -

Info

Publication number: JPH0564288B2
Application number: JP23170284A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ide
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1984-11-02
Filing date: 1984-11-02
Publication date: 1993-09-14
Also published as: JPS61110024A

Description

【発明の詳細な説明】〔業上の利用分野〕本発明は、ガスの大気への拡散状況を把握する
のに行われる拡散風洞実験における風向制御方法
に関する。

〔従来の技術〕

近年、産業の発展に伴つて、発電所や化学工場
等から排出される排ガスによる大気汚染を防止す
ることが焦眉の急の問題となつてきた。このよう
な大気汚染防止対策を確立するためには、汚染排
気ガスによる大気および地表面の拡散状況を定性
的に把握し、立地条件、規模等に応じた最も有効
でかつ経済的な煙突設置地点、煙突高さおよび排
ガスの排出速度等を決定するためのデータを得る
必要がある。

このようなデータの収集手段には、計算による
方法、現地試験による方法および模型試験による
方法等がある。計算による方法としては、サツト
ン（Sutton）の理論式、坂上の式、英国気象局
の経験式等が発表されているが、いずれも地形に
よる影響を考慮された方法ではない。一方、最近
これらの式に加え、さらに地形の影響をコンピー
タを用いた数値解析によつて求めるようにした例
もある。しかしながら、これら計算による方法で
は、いずれも場合にも実験による検証が必要であ
る。

ところが、実地試験による方法は、実物の煙突
が建設された後でなければ試験ができないうえ、
地形の複雑な広い地域において試験を行なうこと
は、費用・労力共に膨大なものとなる。しかも、
煙突の高さ、風向等を自由に選ぶことは困難であ
り、また、一地点における資料しか得られないな
どの問題がある。

そこで、風洞内に実際の地形を真似た模型を設
置するとともに煙突模型からガスを排出させ、上
記風洞内のガス濃度分布を計測することによつ
て、排出ガスの拡散状況を把握するようにした拡
散風洞実験が従来より行われている。

第４図は、このような拡散風洞実験を行なうた
めの装置であり、図中１は、透視可能な壁および
天井で囲まれた拡散風洞の測定室である。この測
定室１の内部には煙突模型２、構造物模型３およ
びこれらのベースとなる地形模型４が測定対象地
の実地状況に則して構成されている。測定室１の
外部には、測定室１の内部に風を送込むための送
風機５が設置されており、この送風機５からの風
は、測定室１の一端部に設置された気流制御装置
６および境界層制御装置７を介して測定室１の内
部に導入される。測定室１の内部の実地気象条件
は、これら送風機５、気流制御装置６および境界
層制御装置７によつて与えられる。気流制御装置
６は、測定室１に導入される風の流路を塞ぐ形に
複数設けられており、それぞれ鉛直方向を回転軸
方向とする風向制御板６ａと、この風向制御板６
ａの上下端部を回動自在に支持する端板６ｂ，６
ｃとで構成されている。風向き制御板６ａには、
必要に応じて複数の切抜き部６ｄが設けられてい
る。境界層制御装置７は、複数の板状体７ａを、
その面が測定室１の内部に導入される風の進行方
法と直交するように平行配置するとともに、これ
ら板状体７ａを測定室１の床面に固定して構成さ
れている。

また、図中８は、所定のガス濃度に調整混合さ
れたガスを圧縮貯蔵するボンベである。このボン
ベ８からの混合ガスは、混合ガス通路９を介して
前述した煙突模型２に供給されており、上記煙突
模型２から測定室１の内部に排出される。混合ガ
ス通路９には、混合ガス量を調整する流量調整弁
１０と、混合ガスの流量を測定する混合ガス流量
計１１とが介挿されている。なお、図中１２は、
ガラスやステンレスなどの細管により形成された
ガスサンプリング管である。

次に、この装置を用いた拡散風洞実験により、
空間の排出ガスの濃度分布を求める方法について
説明する。

まず、測定室１の内部が予め設定された気象条
件（風速値、風速分布、風向、風向変動幅）とな
るように、送風機５の回転数、測定室１の底面に
配設された境界層制御装置７および気流制御装置
６をそれぞれ調整する。この時、気流制御装置６
は、風向制御板６ａをランダムに往復回動させる
ことによつて所定の風向変動幅を生成する。

この状態で、煙突模型２から、トレーサガスと
して例えばアンモニアガスと空気とを所定条件で
混合させたガスを排出させる。このガスの流量
は、混合ガス流量計１１を監視しながら流量調整
弁１０を調整することによつて調整される。

以上の操作によつて、混合ガスは混合ガス通路
９を経て模型煙突２から排出され、測定室１内で
拡散する。拡散した混合ガスは、拡散範囲に設置
された前記ガスサンプリング管１２に接着する。
したがつて、ガスサンプリング管１２から一定量
の混合ガスを吸引し、吸引ガス中の濃度を測定す
ることによつて目的とする濃度の測定値が得られ
る。そして、ガスサンプリング管１２を鉛直方向
および水平方向に移動させて、同様の測定を行な
えば、空間濃度分布を知ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、前述した様に気象条件の重要な要素
となる風向変動幅は、従来、気流制御装置６の風
向制御板６ａを、第５図に示すように時間に対し
てランダムに往復回動させた加振運動によつて生
成するようにしていた。この場合、風向変動の標準偏差〓_A ∝風向制御板６ａの回転角の標準偏差〓_Bの
関係が成立つ。ところが、従来の風向制御方法で
は、第６図ａに示すように、風向制御板６ａの回
転角〓に沿つての風の流れ（以下、「偏流」と呼
ぶ）A₁が与えられても、風向制御板６ａは、ラ
ンダムに極めて素早くその回転角を変更してしま
うので、同図ｂに示すように前に発生した偏流
A₁は、風向制御板６ａの回転角が−〓になつた
時に発生した偏流A₂によつて直ちに図中実線矢
印で示す向きに引き戻されることになる。この結
果、偏流は持続せず、風向制御板６ａを最大振幅
で加振運動させても、得られる風向変動幅は、
高々10゜程度であつた。しかしながら、気象条件
によつては、20゜以上の風向変動幅の設定が必要
であるため、従来の風向制御方法では実地条件を
忠実に再現することが困難であつた。

そこで、風向制御板６ａの切抜き部６ｄの形
状、大きさ、位置等を種々工夫して風向変動幅を
拡大する試みもなされているが、僅少の改善は見
込まれるものの、結果的には目的とする大きな風
向変動幅を得ることはできないばかりか、却つて
風向制御板の強度低下を招き、回転加振運動を困
難にする一つの要因となつた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、風向制御板
の強度低下をもたらすことなしに風向変動幅の拡
大化を図れ、気象条件の忠実な再現を可能化する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、風向制御板を毎時数回程度の低速度
でゆつくり回転させ、風向の継続時間の標準偏差
が自然風の変動幅と一致するように、上記風向制
御板の回転動作に時間的変化を与え、上記風向の
継続時間中にガス濃度を計測して平均濃度を求め
ることにより、自然風の変動幅に対応する拡散幅
を得ることを特徴としている。

〔作用〕

一般に、野外の風を風向計で計測すると、風向
変動幅〓_Aは平均風向〓からのずれ量〓〓の二乗
平均〓_A＝√〓〓²で与えられる。一方、この風の
中で点源から排出されたガスの風下ｘ（点源から
計る）の点の濃度分布は、、正規分布になること
が知られている。この時、濃度分布の標準偏差〓
ｙは、拡散幅と呼ばれている。そして、この拡散
幅〓ｙと風向変動幅〓_Aとの間の関係は、次の
Tailorの式で与えられる。

〓y²＝２〓A²U²∫^X/U _Odt′^t′_OＲ（〓）ｄ〓３なお、ここにＵは平均風速、Ｒ（〓）は風向変
動の相関係数である。いま、ｘが非常に小さい時
（近距離の時）の拡散の場合、Ｒ（〓）≒1.0なの
で、〓y²＝〓_A ²×² となる。すなわち、〓ｙは〓_Aとｘとに正比例の
関係にある。

ところで、いま、風洞内で風向〓の風が継続し
て吹いている時間（継続時間）をＤ（〓）とし、
平均風向〓で上記継続時間Ｄ（〓）を最高の時間
に設定するとともに、平均風向〓からの風向ずれ
〓−〓の絶対値が大きくなるほど上記継続時間Ｄ
（〓−〓）を短くすることによつて、継続時間の
風向ずれに対する分布、すなわち継続時間分布Ｄ
（〓−〓）を正規分布で与えることができる。こ
の場合の風向ずれの標準偏差を継続風向幅〓ｔと
しておくこと、〓ｔが与えられれば風向別にその
風向が継続する時間が正規分布に従つて一義的に
与えられることになる。

一方、このような風の中で点源から出た風下距
離ｘの点（地上の固定点）での濃度は、風向の継
続時間に正比例するので、風向き継続時間中に亙
つて濃度をサンプルし、その間の平均濃度を求め
ると、この点ｘでの風と直交する方向（ｙ方向）
への濃度分布は継続時間分布に従つた正規分布と
なり、これより得られた拡散幅の標準偏差〓
y′は、〓ｔが大きい時、〓y′＝〓tx で与えられる。従つて、〓ｙ＝〓y′になるために
は、前記式を用いて、〓ｔ＝〓_A であれば良いことになる。すなわち、近距離拡散
を調べる場合には、風向変動幅〓_Aを持つ風の中
の拡散は、継続時間幅〓ｔの風の中の拡散で置換
される。

従つて、風向変動幅〓_Aが実験条件として与え
られる時、継続風向幅が〓_Aになるように風向の
継続時間を予め設定しておけば、風向制御板の向
きに応じて、その向きに一致した風向の気流が測
定室１内に継続して付与される。この気流中での
拡散実験結果は、以上の理由により所定の風向変
動幅のある風の中での拡散試験結果になる。

（発明の効果）この発明によれば、風向制御板を毎時数回程度
の低速度でゆつくり回転させ、その中で速度変化
をもたせることにより所要の風向変動幅を得るよ
うにしているので、従来のように加振運動によつ
て風向変動幅を得るものとは異なり、回転角に応
じた偏流を比較的長期間維持することができる。
この結果、風向変動幅を従来よりも大きく取るこ
とができる。本発明者の実験によれば、30゜とい
う大きな風向変動幅を得ることができ、この種の
風洞拡散実験において気象条件の設定幅を更に高
め得ることが確認された。したがつて、本発明に
よれば、実験の適用範囲を大幅に拡大できる上、
特に風向制御板の加振運動を伴わないため、風向
制御板の強度的、構造的な制約も緩和され、実験
装置の簡単化、低廉化にも寄与することができ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例
に係る拡散風洞実験における風向制御方法につい
て説明する。

第１図は、本実施例方法を実施するための気流
制御装置２１を示した図であり、風洞拡実験装置
の他の要素は、全て従来と同様である。したがつ
て、重複する部分の説明は省くことにする。

本実施例が先に示した従来例と異なる点は、風
向制御の方法にある。すなわち、この実施例にお
いては、第４図に示した風洞拡散実験装置におけ
る気流制御装置６に代えて、第１図に示すような
新たな気流制御装置２１を使用するようにしてい
る。

この気流制御装置２１は、次のように構成され
ている。すなわち、図中２２は、風の向きを変化
させる風向制御板である。この風向制御板２２は
縦長に形成され、その長手方向の両端部には、該
風向制御板２２を補強するための円板２３，２４
が取着されている。また、風向制御板２２の両端
部でかつ長手方向の軸心位置には、回転軸２５，
２６が突設されている。これら回転軸２５，２６
は、図示しない固定側要素に固定された軸受２
７，２８に回転自在に軸支されている。また、補
強用の円板２３は、この円板２３の外形よりも僅
か大径の孔を有する案内板２９に非接触状態で案
内されている。

図中下端側の回転軸２６は、ウオームホイル３
０を介してパルスモータ３１の回転軸に連結され
ている。このパルスモータ３１は、信号ケーブル
３２を介して入力される回転制御部３３からの信
号によつて回転制御される。風向制御板２２は、
従来のようにランダムな回転加振運動をするので
はなく、準静的に風向を変える機能を持つだけで
ある。すなわち、風向の継続時間が与えられる
と、その間、風向制御板２２は固定されており、
測定室１内ではその風向の風が継続して吹くよう
になつている。

このように、構成された気流制御装置を用いて
拡散風洞実験を行なうには次のようにする。

まず、測定室１内が予め設定された気象条件
（風速値、風速分布、風向、風向変動幅）となる
ように送風機５の回転数、境界層制御装置７およ
び上記気流制御装置２１の所定のパラメータをそ
れぞれ設定する。気流制御装置２１の回転制御部
３３には、風向の継続時間幅〓ｔが設定される。
継続時間幅〓ｔが与えられると、回転制御部３３
は、これに基づいてパルスモータ３１を駆動す
る。この駆動力はウオームホイル３０を介して風
向制御板２２に伝えられ、風向制御板２２の回転
駆動に供される。

第２図は風向制御板２２の回転角〓と時間ｔと
の関係を示した図である。この図から明らかなよ
うに、回転制御部３３は、風向制御板２２が予め
設定された風向〓の位置にある時は制御板２２を
極めてゆつくりと（継続時間Ｄ（〓）を長く取つ
て）駆動し、風向制御板２２が上記設定風向〓か
ら離れるにつれて早く（継続時間Ｄ（〓）を短く
して）駆動する。このような制御を行なうことに
よつて第３図に示すような風向の継続時間Ｄ（〓）
の回転角〓に対する分布を正規分布にすることが
できる。そして、この正規分布における標準偏差
〓ｔが設定された継続時間幅となる。

かくして、測定室１の内部には、設定された風
速、風速分布、風向および風向分布の風が導か
れ、このような気象条件の下で煙突模型２から排
出される混合ガスの任意の位置における濃度分布
が前述した手順に従つて測定される。

そして、この場合には、風向制御板２２を、例
えば15〜30分で１回転となるように、極めてゆつ
くりと回転させ、その回転の中で速度変化を持た
せることにより風向変動幅を得るようにしている
ので、設定角度の偏流を比較的長い時間維持する
ことができる。従つて、風向変動幅も従来に比べ
大きくとることが可能である。

尚、上記実施例では風向制御板２２に切欠き部
を設けていないが、必要に応じて切欠き部を設け
るようにしても良い。要するに本発明は、その要
旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用される気
流制御装置を一部切欠して示す斜視図、第２図は
同気流制御装置の風向制御板の回転角と時間との
関係を示す図、第３図は風向制御板の回転角に対
する風向の継続時間の分布を示す図、第４図は従
来の拡散風洞実験装置の概略構成を示す図、第５
図は同装置における風向制御板の回転角と時間と
の関係を示す図、第６図は風向制御板によつて生
じる偏流が風向制御板の急激な移動によつて乱さ
れる現象を説明するための図である。１……測定室、２………煙突模型、３……構造
物模型、４……地形模型、５……送風機、６，２
１……気流制御装置、６ａ，２２……風向制御
板、７……境界層制御装置、８……ガスボンベ、
９……混合ガス通路、１０……流量調整弁、１１
……混合ガス流量計、２３，２４……円板、２
５，２６……回転軸、２７，２８……軸受、３０
……ウオームホイル、３１……パルスモータ、３
３……回転制御部。

Claims

【特許請求の範囲】１風洞内に風を導入するとともに、前記風洞内
の風上の位置に気流の方向と直交する回転軸まわ
りに回転可能な風向制御板を設置して、この風向
制御板を回転もしくは回動動作させることにより
所定の風向変動幅を有する風を生成するようにし
た拡散風洞実験における風向制御方法において、前記風向制御板を毎時数回程度の低速度で回転
させ、風向きの継続時間の標準偏差が自然風の変
動幅と一致するように、上記風向制御板の回転動
作に時間的変化を与え、上記風向の継続時間中に
ガス濃度を計測して平均濃度を求めることによ
り、自然風の変動幅に対応する拡散幅を得ること
を特徴とする拡散風洞実験における風向制御方
法。