JP2000266635A

JP2000266635A - 境界層乱流発生装置

Info

Publication number: JP2000266635A
Application number: JP11074946A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yoguchi; 正敏与口; Eiji Yamaguchi; 映二山口; Hideji Shirai; 秀治白井
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】自然風と相似な風を発生させることができ、
また、風洞の上部においても実機と相似になるような境
界層乱流発生装置を提供すること。【解決手段】風洞１内に配置されるスパイヤー２とラ
フネスブロック３を組合せた境界層乱流発生装置であ
る。スパイヤー２の両側に通風制御板１２ａ，１２ｂを
取り付ける。通風制御板１２ａ，１２ｂの形状を鋸刃形
状となすと共に、これらの通風制御板１２ａ，１２ｂ
を、上部を支点１２ａｂ，１２ｂｂとして下部を上下揺
動が自在なようにスパイヤー２に枢支する。通風制御板
１２ａ，１２ｂを揺動機構によって所定量上下揺動可能
に構成する。【効果】スペクトルが実際の風と相似な境界層乱流場
が得られるので、複数構造物の正確な実験が可能とな
る。また、風洞のほぼ全域が境界層乱流場となるので、
塔状構造物の大規模模型についても、正確な実験が可能
になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁などの３次元
風洞実験において、実際と相似な乱流特性を有する風を
発生させる境界層乱流発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】３次元風洞実験においては、図７に示す
ように、風洞１の高さ方向に通風面積を変化させるスパ
イヤー２と、風洞１の床面１ａから境界層を発生・発達
させるラフネスブロック３を組合せることにより、垂直
方向の風速分布と、乱れ強さが実際流れと同じになるよ
うにしている。なお、図７中の４は測定部１ｂに設置さ
れた模型を示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の３次
元風洞実験装置においては、乱れ強さが一致しても、乱
れのスケールが小さいので、図８に示すように、実機の
パワースペクトル（図８に実線で示す）と相似のパワー
スペクトル（図８に破線で示す）を得ることはできなか
った。

【０００４】換言すれば、従来の３次元風洞実験では、
高周波領域が高くなったスペクトルの風で実験している
ことになるので、上下流に２体以上の構造物が存在し
て、相互に干渉しあうような実験では、正確な実験結果
を得ることができない可能性が大きくなる。特に、構造
物の振動現象を対象とする場合には問題である。

【０００５】また、風洞のスペースは限られたものであ
るから、風洞の高さ領域全体を自然風状態にすることが
できず、風洞の上部では自然風のように乱れた状態では
なくなる。従って、煙突などの塔状構造物の場合には、
構造物の上部に作用する風は自然風の状態ではなく、実
機とは異なった流場が作用することになっていた。

【０００６】本発明は、上記した従来の３次元風洞実験
にあった問題点に鑑みてなされたものであり、自然風と
相似な風を発生させることができ、また、風洞の上部に
おいても実機と相似になるような境界層乱流発生装置を
提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る第１の境界層乱流発生装置は、気
流剥離長さを長くするために、スパイヤーの形状を、鋸
刃形状或いは多数の孔を設けた形状となすこととしてい
る。そして、スパイヤーを上記した形状とすることで、
流れに、より多くの乱れを与えることができることにな
る。

【０００８】また、本発明に係る第２の境界層乱流発生
装置は、スパイヤーの両側に通風制御板を取り付け、こ
れら通風制御板の形状を、鋸刃形状或いは多数の孔を設
けた形状となすと共に、これらの通風制御板を、垂直軸
を回転中心として回転が自在なようにスパイヤーに枢支
し、回動機構によって所定角度回動可能に構成したり、
或いは、上部を支点として下部を上下揺動が自在なよう
にスパイヤーに枢支し、揺動機構によって所定量上下揺
動可能に構成することとしている。そして、このように
することで、上記した本発明に係る第１の境界層乱流発
生装置の作用に加えて、通風制御板の回動又は揺動によ
り通風面積が変化するので、流れに低周波領域の変動を
与えることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る第１の境界層乱流発
生装置は、風洞内に配置されるスパイヤーとラフネスブ
ロックを組合せた境界層乱流発生装置において、気流剥
離長さを長くするために、スパイヤーの形状を、鋸刃形
状或いは多数の孔を設けた形状となしたものである。

【００１０】本発明に係る第１の境界層乱流発生装置
は、スパイヤーの形状を、鋸刃形状或いは多数の孔を設
けた形状となして、気流剥離長さを長くしたので、流れ
に、より多くの乱れを与えることができる。

【００１１】本発明に係る第２の境界層乱流発生装置
は、風洞内に配置されるスパイヤーとラフネスブロック
を組合せた境界層乱流発生装置において、スパイヤーの
両側に通風制御板を取り付け、気流剥離長さを長くする
ために、前記通風制御板の形状を、鋸刃形状或いは多数
の孔を設けた形状となすと共に、これらの通風制御板
を、垂直軸を回転中心として回転が自在なようにスパイ
ヤーに枢支し、回動機構によって所定角度回動可能に構
成したり、或いは、通風制御板を、上部を支点として下
部を上下揺動が自在なようにスパイヤーに枢支し、揺動
機構によって所定量上下揺動可能に構成したものであ
る。

【００１２】本発明に係る第２の境界層乱流発生装置
は、上記した本発明に係る第１の境界層乱流発生装置の
作用に加えて、通風制御板を回動させたり、揺動させた
りすることによって通風面積を変化させることができる
ので、流れに低周波領域の変動を与えることができる。

【００１３】また、上記した本発明に係る第２の境界層
乱流発生装置において、スパイヤーの上流側にバイパス
導入用開口部を設けると共に、測定部の下流側にはバイ
パス排出用開口部を設け、かつ、バイパス導入用開口部
には、開口面積の調整機構を設けた場合には、通風制御
板の回動や揺動によって通風面積が変化しても、バイパ
ス導入用開口部の開口面積を調整することで、送風機部
の風量は一定に保たれ、風路内の圧力変動がなくなる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の境界層乱流発生装置を図１〜
図６に示す実施例に基づいて説明する。図１は本発明の
境界層乱流発生装置の一実施例を示す縦断面図、図２は
スパイヤーの実施例を示す正面図、図３（ａ）は上部を
支点として下部を上下揺動が自在なように通風制御板を
枢支したスパイヤーを示す正面図、（ｂ）は通風制御板
の上下揺動方向の説明図、図４（ａ）は垂直軸を回転中
心として回転が自在なように通風制御板を枢支したスパ
イヤーを示す正面図、（ｂ）は通風制御板の回動方向の
説明図、図５は通風制御板の駆動システムの原理を説明
する図、図６は通風制御板の回動又は揺動制御の説明図
である。

【００１５】図面において、１１は風洞１内に配置され
るスパイヤーであり、例えば図２（ａ）に示すような矩
形や、図２（ｂ）に示すような三角の鋸刃形状と成され
たり、或いは図２（ｃ）に示すような例えば円形の貫通
孔１１ａを多数設けたものである。

【００１６】スパイヤー１１をこのような形状と成すこ
とによって、風洞１内を流れる気流が剥離を起こす長さ
が長くなって、気流に、より多くの乱れを与えることが
できる。これが、本発明に係る第１の境界層乱流発生装
置である。

【００１７】１２ａ，１２ｂはスパイヤー２の両側に取
り付けられた通風制御板であり、これらの通風制御板１
２ａ，１２ｂも、先に説明したスパイヤー１１と同様
に、例えば図３（ａ）に示すように、三角の鋸刃形状と
成したり、また、図４（ａ）に示すように、例えば三角
形の貫通孔１２ａａ，１２ｂａを多数設けている。

【００１８】前記したスパイヤー１１と同様、制御板１
２ａ，１２ｂをこのような形状と成すことによっても、
風洞１内を流れる気流が剥離を起こす長さが長くなっ
て、気流に、より多くの乱れを与えることができる。

【００１９】このスパイヤー２の両側に通風制御板１２
ａ，１２ｂを取り付けたもののうち、図３に示したもの
は、通風制御板１２ａ，１２ｂは、上部を支点１２ａ
ｂ，１２ｂｂとして下部が上下揺動自在なように、スパ
イヤー２に吊下げ状に枢支し、揺動機構によって所定
量、逆位相で上下揺動すべく構成したものである。

【００２０】また、図４に示したものは、通風制御板１
２ａ，１２ｂは、垂直軸１２ａｃ，１２ｂｃを回転中心
として回転が自在なように、スパイヤー２に枢支し、回
動機構によって所定角度、逆位相で回動すべく構成した
ものである。

【００２１】これらの通風制御板１２ａ，１２ｂを逆位
相で上下揺動させたり、回動させたりすることで、風洞
１内の通風面積を変化させ、気流に低周波領域の変動を
与えることができる。これが本発明に係る第２の境界層
乱流発生装置である。これらの通風制御板１２ａ，１２
ｂの位置制御は、例えば図６に示すように、実験した際
の変動風の測定結果から変動風のスペクトルを計算し、
これを目標とするスペクトルと比較することによって、
通風制御板１２ａ，１２ｂの位置を求め、この位置とな
るように揺動機構や回動機構を駆動させる作業を繰り返
すことによって行う。

【００２２】これらの通風制御板１２ａ，１２ｂを逆位
相で上下揺動させたり、回動させたりする上下揺動機構
や回動機構は、その構成を特に限定されるものではない
が、例えば図５に示したような原理構成のものが採用さ
れる。

【００２３】すなわち、図５に示す駆動システムは、対
向する位置のリンクが同じ長さの平行リンク機構１３の
うちの、一つのリンク１３ａの中間を枢支し、このリン
ク１３ａの両端で枢支連結されたリンク１３ｂ，１３ｃ
の例えば中間位置に、それぞれの通風制御板１２ａ，１
２ｂに枢支連結するロッド１４ａ，１４ｂを取り付け、
前記リンク１３ｂ，１３ｃのどちらか一方を、アクチュ
エータ１５で押し引きする構成である。このような構成
によれば、スパイヤー２の両側に取り付けた通風制御板
１２ａ，１２ｂを、逆位相で上下揺動させたり、回動さ
せたりすることができる。なお、図５中の１６はアクチ
ュエータ１５の制御装置であり、後述するバイパス導入
用開口部１７の調整機構とつながっている。

【００２４】ところで、上記した本発明に係る第２の境
界層乱流発生装置では、通風制御板１２ａ，１２ｂを、
逆位相で上下揺動させたり、回動させたりすることによ
って通風面積が変化すれば、風洞１内の空気全体を加速
したり減速したりすることになって、風洞１の風路内の
圧力が変化し、送風機の負荷も変化することになる。こ
のような変化は風洞設備に悪影響を与えることになる。

【００２５】この悪影響をなくすためには、図１に示す
ように、両側に通風制御板１２ａ，１２ｂを取り付けた
スパイヤー２の上流側にバイパス導入用開口部１７を設
けると共に、測定部１ｂの下流側には、前記バイパス導
入用開口部１７につながるバイパス排出用開口部１８を
設け、かつ、バイパス導入用開口部１７には、例えばダ
ンパー１９とこのダンパー１９の調整用アクチュエータ
２０を設けて、バイパス導入用開口部１７の開口面積を
調整するようにすれば良い。

【００２６】すなわち、通風制御板１２ａ，１２ｂの上
下揺動或いは回動によって、通風面積が大きくなった場
合には、アクチュエータ２０を作動させてダンパー１９
を絞り、大きくなった分だけバイパス導入用開口部１７
の開口面積を小さくする。反対に、通風面積が小さくな
った場合には、アクチュエータ２０を作動させてダンパ
ー１９を開放し、小さくなった分だけバイパス導入用開
口部１７の開口面積を大きくする。

【００２７】このようにして、バイパス導入用開口部１
７から導入された気流は、バイパス排出用開口部１８に
導かれてこのバイパス排出用開口部１８から風洞１に戻
される。このようにすることによって、送風機部の風量
は一定に保たれ、風路内の圧力変動がなくなって、風洞
設備の安全性が増すことになる。

【００２８】本実施例ではスパイヤー１１や通風制御板
１２ａ，１２ｂに形成する鋸刃状として、矩形や三角の
ものを示したが、これに限らないことはいうまでもな
い。また、スパイヤー１１や通風制御板１２ａ，１２ｂ
に設ける貫通孔１１ａ，１２ａａ，１２ｂａも、円形や
三角に限らないことは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に対応す
る本発明の境界層乱流発生装置は、スパイヤーの形状
を、鋸刃形状或いは多数の孔を設けた形状となして、気
流剥離長さを長くしたので、流れに、より多くの乱れを
与えることができる。

【００３０】また、請求項２又は請求項３に対応する本
発明の境界層乱流発生装置は、上記した請求項１に対応
する本発明の境界層乱流発生装置の作用効果に加えて、
通風制御板を回動させたり、上下揺動させたりすること
によって通風面積を変化させるので、流れに低周波領域
の変動を与えることができる。従って、風洞の上部まで
も乱れのスケールを大きくすることができ、自然風によ
り近い気流を発生させることができる。

【００３１】また、請求項４に対応する本発明の境界層
乱流発生装置では、通風制御板の回動や揺動によって通
風面積が変化しても、バイパス導入用開口部の開口面積
を調整することで、送風機部の風量は一定に保たれ、風
路内の圧力変動がなくなる。従って、風洞設備の安全性
が増すことになる。

【００３２】以上のように、本発明の境界層乱流発生装
置によれば、スペクトルが実際の風と相似な境界層乱流
場が得られるので、乱れのスケールが影響すると考えら
れる、例えば並列橋等の複数構造物の正確な実験が可能
となる。また、風洞のほぼ全域が境界層乱流場となるの
で、塔状構造物の大規模模型についても、正確な実験が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の境界層乱流発生装置の一実施例を示す
縦断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、スパイヤーの実施例を示す
正面図である。

【図３】（ａ）は上部を支点として下部を上下揺動が自
在なように通風制御板を枢支したスパイヤーを示す正面
図、（ｂ）は通風制御板の上下揺動方向の説明図であ
る。

【図４】（ａ）は垂直軸を回転中心として回転が自在な
ように通風制御板を枢支したスパイヤーを示す正面図、
（ｂ）は通風制御板の回動方向の説明図である。

【図５】通風制御板の駆動システムの原理を説明する図
である。

【図６】通風制御板の回動又は揺動制御の説明図であ
る。

【図７】従来の３次元風洞実験装置の説明図で、（ａ）
は平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は下流側からスパ
イヤーを見た際のラフネスブロックを省略した図であ
る。

【図８】従来の欠点を説明する図である。

【符号の説明】

１風洞２スパイヤー３ラフネスブロック１１スパイヤー１１ａ貫通孔１２ａ通風制御板１２ａａ貫通孔１２ａｂ支点１２ａｃ垂直軸１２ｂ通風制御板１２ｂａ貫通孔１２ｂｂ支点１２ｂｃ垂直軸１５アクチュエータ１７バイパス導入用開口部１８バイパス排出用開口部２０アクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白井秀治大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号日立造船株式会社内Ｆターム(参考） 2G023 AA03 AB06 AB12 AC03 AD07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】風洞内に配置されるスパイヤーとラフネ
スブロックを組合せた境界層乱流発生装置において、気
流剥離長さを長くするために、スパイヤーの形状を、鋸
刃形状或いは多数の孔を設けた形状となしたことを特徴
とする境界層乱流発生装置。
【請求項２】風洞内に配置されるスパイヤーとラフネ
スブロックを組合せた境界層乱流発生装置において、ス
パイヤーの両側に通風制御板を取り付け、気流剥離長さ
を長くするために、前記通風制御板の形状を、鋸刃形状
或いは多数の孔を設けた形状となすと共に、これらの通
風制御板を、垂直軸を回転中心として回転が自在なよう
にスパイヤーに枢支し、回動機構によって所定角度回動
可能に構成したことを特徴とする境界層乱流発生装置。
【請求項３】通風制御板は、上部を支点として下部を
上下揺動が自在なようにスパイヤーに枢支し、揺動機構
によって所定量上下揺動可能に構成したことを特徴とす
る請求項２記載の境界層乱流発生装置。
【請求項４】スパイヤーの上流側にバイパス導入用開
口部を設けると共に、測定部の下流側にはバイパス排出
用開口部を設け、かつ、バイパス導入用開口部には、開
口面積の調整機構を設けたことを特徴とする請求項２又
は３記載の境界層乱流発生装置。