オイラー＝ラグランジュ融合計測による雪庇形成メカニズムの解明とモデリングへの貢献

建物の軒先などの風下に雪が張り出す雪庇（せっぴ）は、軒先への局所荷重の増加、崩落による人身事故や設備機器の破損などにつながることから積雪地域の耐雪建築設計における重要な課題の一つである。雪庇は降雪と一定の風向・風速によって形成されることが知られているが、雪質や乱れ性状が寄与しているとも言われ、その発生のメカニズムは十分明らかになっていない。本研究では、ステレオPIV（Particle Image Velocimetry：粒子画像法）（オイラー的な計測）とPTV（Particle Tracking Velocimetry：粒子追跡法）（ラグランジュ的な計測）を融合した計測システムを構築して、屋根上の雪庇形成を支配する雪粒子と流体の相互作用的挙動を捉え、その形成メカニズムを解明することを目指す。まずは研究の基礎となるPIV・PTV融合システムの構築に取り組んだ。新潟工科大学の大型境界層風洞内に２次元PIVおよびステレオPIVを設置して、直方体建物モデルなどの基礎的な流れ場を対象として、高精度の計測手法を構築した。また本学が所有する小型の回流水槽と珪砂を用いて、雪の飛散・堆積を模擬したPIV・PTV計測を行い、粒子追跡による計測精度と流速の関係について考察し、今後に活かせる知見を得た。

建物の軒先などの風下に雪が張り出す雪庇（せっぴ）は、軒先への局所荷重の増加、崩落による人身事故や設備機器の破損などにつながることから積雪地域の耐雪建築設計における重要な課題の一つである。雪庇は降雪と一定の風向・風速によって形成されることが知られているが、雪質や乱れ性状が寄与しているとも言われ、その発生のメカニズムは十分明らかになっていない。本研究では、ステレオPIV（Particle Image Velocimetry：粒子画像法）（オイラー的な計測）とPTV（Particle Tracking Velocimetry：粒子追跡法）（ラグランジュ的な計測）を融合した計測システムを構築して、屋根上の雪庇形成を支配する雪粒子と流体の相互作用的挙動を捉え、その形成メカニズムを解明することを目指す。まずは研究の基礎となるPIV・PTV融合システムの構築に取り組んだ。新潟工科大学の大型境界層風洞内に２次元PIVおよびステレオPIVを設置して、直方体建物モデルなどの基礎的な流れ場を対象として、高精度の計測手法を構築した。また本学が所有する小型の回流水槽と珪砂を用いて、雪の飛散・堆積を模擬したPIV・PTV計測を行い、粒子追跡による計測精度と流速の関係について考察し、今後に活かせる知見を得た。