Development of a tool for unsteady thermo-physiological calculations by coupling ES-CFD with a human thermo-physiological model

通过将 ES-CFD 与人体热生理模型相结合，开发用于非稳态热生理计算的工具

• 批准号: 22K14377
• 负责人: 山本 竜大
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Kurume Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14377/
• 关键词: ES; CFD; WBGT; 有効放射面積率; 連成解析; 対流熱伝達率; 熱ストレス; 人体温熱生理モデル

本研究では、人体側の評価を含めた建物モデルを包括した熱環境シミュレーションツールの構築を行った。Energy Simulation（ES）とComputational Fluid Dynamics（CFD）を人体温熱生理モデルと連成させる事による非定常温熱生理の計算を精緻に行う事を目的として連成モデルを考案し、検証した。連成モデルの構築に際して、レイトレーシング法を用いて形態係数を精緻に算出し、Fangarら（1970）の既往研究と計算値が一致する事を確認した。ここで、有効放射面積率を算出し、放射熱伝達率の算定に用いた。放射熱伝達率の入力条件としては、平均放射温度（ES）と着衣表面温度（人体温熱生理モデル）を選定し、アシュレイの放射熱伝達率の計算式として利用した。人体温熱生理モデルとESとCFDの熱バランスを確認して、計算結果の妥当性を示した。人体各部位のPredicted Mean Vote（PMV）も計算した。更に、提案した連成解析モデルの計算負荷削減の検討も行い、収束計算が不要である事が明らかとなった。空調機吹き出し角度を変更した感度解析を行い、対流熱伝達率の変動による人体温熱生理への影響やＰＭＶ計算値への影響度を確認した。建築分野の設計に生かせるシミュレーションツールの構築が完了した。また、人体熱ストレスに関する検討を行った。簡易なモデルを作成し、従業員側のスペースを模擬した空間を解析対象とした。カフェの従業員側の人体熱ストレスを再現し、人体温熱生理に基づくWet Bulb Globe Temperature（WBGT）を用いて評価を行った。さらに、局所対流熱伝達率がWBGTに与える影響も明らかとした。本研究では、一連の流れとして人体温熱生理モデルの構築と人体熱ストレスに関する基礎的検討行い、有益な知見を得る事が出来た。

This study で は, body side の 価 を containing め た building モ デ ル を including し た thermal environment シ ミ ュ レ ー シ ョ ン ツ ー ル の line build を っ た. Energy Simulation (ES) と Computational Fluid Dynamics (CFD) を physiological モ warm body デ ル と connect さ せ る matter に よ る unsteady temperature thermal physiological の computing を delicate に doeth う を purpose と し て connect モ デ ル し を test case, 検 し た. Connect モ デ ル の build に interstate し て, レ イ ト レ ー シ ン を グ method with い て shape coefficient を delicate に calculate し, Fangar ら (1970) の と in a previous study on calculating numerical が consistent す る を sure し た. The effective radiative area ratio を is used to calculate the を, and the radiative heat 伝 attainment rate <s:1> is determined using the で た. Radiation heat 伝 の into the force conditions of rate と し て は (ES), the average radiation temperature と dressed surface temperature (physiological モ warm body デ ル) を し, selected ア シ ュ レ イ の calculation formula for the radiation heat 伝 da rate の と し て using し た. Human thermal physiology モデ と とESとCFD <s:1> heat バラ <s:1> スを スを confirm て て and the appropriability of the calculation results を indicates that た た. The Predicted Mean Vote (PMV) of each part of the human body is calculated by た. More に, proposal し た together as parsing モ デ ル の computational load reduction の 検 line for も い, 収 beam calculation が don't で あ る matter が Ming ら か と な っ た. Air conditioning blows き を し perspectives - more し line analytical を い た sensitivity and rate of heat flow 伝 of seaborne の - move に よ る physiological へ warm body の influence や PMV calculation numerical へ の affect を confirm し た. The architectural division <s:1> design に students に せるシ ュレ ュレ <s:1> ショ <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> construction が completed <s:1> た た Youdaoplaceholder0, human body heat ストレスに is related to する検 discussion を line った. Simple な モ デ ル を made し, 従 member side の ス ペ ー ス を simulation し た を parsing like と seaborne し た. カ フ ェ の 従 industry member side の thermal ス ト レ ス を reappearance し, physiological に warm body づ く Wet bulbs Globe Temperature (WBGT) を い て review 価 を line っ た. Youdaoplaceholder0, the heat transfer rate of the bureau and the station 伝, がWBGTに and える influence さらに, ら と, と, た. This study で は, for の れ と し て physiological モ warm body デ ル の build と thermal ス ト レ ス に masato す る 検 for line い, beneficial な knowledge を た が る things out.

项目成果

人体熱ストレスによる温熱生理に関する基礎的検討 （その1）ESによる自然対流場を想定したWBGT値の変化

人体热应激引起的热生理学基础研究（第 1 部分） 假设存在自然对流场的 ES 引起的 WBGT 值的变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 遠藤歩;山本竜大;新原聖矢
• 通讯作者: 新原聖矢

Thermophysiological coupled analysis with COM, ES, and CFD

使用 COM、ES 和 CFD 进行热生理耦合分析

• DOI: 10.1016/j.enbuild.2023.113132
• 发表时间: 2023
• 期刊: Energy and Buildings
• 影响因子: 6.7
• 作者: Tatsuhiro Yamamoto;Tatsuya Yamashita;Seiya Niihara
• 通讯作者: Seiya Niihara

人体熱ストレスによる温熱生理に関する基礎的検討 （その２）CFD解析を用いた局所対流熱伝達率の考慮

人体热应激引起的热生理学基础研究（第二部分）利用CFD分析考虑局部对流换热系数

• 发表时间: 2022
• 作者: 山本竜大;遠藤歩;新原聖矢
• 通讯作者: 新原聖矢