JPS60227146A

JPS60227146A - 煙拡散模型試験装置

Info

Publication number: JPS60227146A
Application number: JP8427084A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nakamura; 茂中村; Hideki Maeda; 前田　英毅; Kimio Ogushi; 大串　公男
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1984-04-26
Filing date: 1984-04-26
Publication date: 1985-11-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、煙突ならびに建造物から排出されるガスが拡
散する状況を模型を用いて試験する装置に関する。

〔従来の技術〕

近年産業の発展に伴って、発電所や化学工場等がら排出
される、排ガスによる大気汚染を防止することが焦眉の
問題となってきた。このような大気汚染対策を確立する
ためには、これらの汚染排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。

規模等に応じてもっとも有効で経済的な煙突の設置地点
、高さおよび排ガスの排出速度等を決定するデータを得
る必要がある。

このようなデータをめる手段として、計算による手段、
実地試験による手段および模型試験による手段がある。

計算による手段としては、サラトン（Ｓｕｔｔｏｎ）の
理論式、板上の式、英国気象局の経験式等が発表されて
いるが、いずれも地形の影響は考慮されていない。また
、最近これらの式に地形影響をコンピュータを用いた数
値解析でめている例があるが、何れも実験による検証が
必要である。

実地試験による手段は、実物煙突が建設された後でなけ
れば試験できないし、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、労力ともに莫大なものとなる。

しかも、煙突高さ、風向等を自由に選ぶ・ことは困難で
あり、また−地点における資料しか得られない。

上述のような計算による手段や実地試験による手段に対
して、風洞を用いた模型試験による手段では、地形の影
響が考慮され、煙突高さ、風向等を自由に選ぶことがで
き、多地点における資料を得ることができるうえに、か
かる費用、労力ともに少なくてすむのである。

模型試験としては、風洞内で煙突模型からガスを排出さ
せ、そのガスの地形模型上における拡散状況を肉眼観察
することが従来性なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしなが呟実際の地形表面における建造物や山林など
の自然樹林等の地物によって誘起される気流の乱れある
いは風速分布等を模型を用いて正確に再現することは多
大な労力や費用がかがるという問題点がある。

また、従来地物による地表面の粗度条件を再現する手段
として、模型表面上において、スポンジや木屑などを配
置したり、接着剤を塗りその上に適当に砂粒を散布する
ことが行なわれているが、地形模型上に種々の測定用セ
ンサーやサンプリング治具等を取付ける際に、模型表面
に作業者の重量や工具の重量が加わるため、模型表面に
おけるスポンジ、木屑、砂粒等の耐久性が乏しくなって
、繰り返し実験する際には劣化や老朽化するものもあり
、模型表面の粗度条件の再現性が劣るという問題点もあ
る。

本発明は、これらの問題点の解決をはかろうとするもの
で、実際の地表面上の地物による粗度条件に起因する気
流の乱れや風速分布を地形模型上に容易かつ正確に再現
するとともに、粗度条件を再現する模型の耐久性の向上
をはかった、無拡散模型試験装置を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため本発明の無拡散模型試験装置は、風洞内に配置
された地形模型と、上記風洞内にトレーサガスを吐出す
るトレーサガス吐出手段とをそなえ、」二記トレーサガ
スを含んだ気流を沿わせるべぎ上記地形模型の表面を所
要の粗度設定面として設定すべく、同粗度設定面を形成
する多数の地物相当部材力吐記地形模型」二に分散配置
されて、同地物相当部材が外力による変形およびその復
元を自由に行なえる弾性材にて形成されていることを特
徴としている。

〔作　用〕

上述の本発明の無拡散模型試験装置によれば、気流の乱
れを発生させる地表面上の地物による粗度条件が、模型
表面上に地物相当部材を配置させることによって容易に
再現される一方、地物相当部材は、弾性材にて形＃ｉ、
されるため、外力による変形に対して自由に復元でき、
耐久性が得られるのである。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の一実施例としての無拡散模型
試験装置について説明すると、第１図はその斜視図、第
２図はその地形模型の一部を示す斜視図、第３図はその
地物相当部材の斜視図、第４図はその地物相当部材の取
付状態を示す側面図であり、第５〜７図はその地物相当
部材の変形例を示すもので、第５図はその側面図、第６
図はその地形模型への取付状態を示す側面図、第７図は
その地形模型への取付状態を示す平面図であり、第８図
は本装置の模型回転機構を示す側面図、第９図は本装置
のトレーサガス濃度測定機構を示す斜視図、第１０図は
計測点のトレーサガス濃度特性を示すグラフである。

第１図に示すように、ガラス等の透視可能な壁および天
井で囲まれた風洞（測定室）１内において、耐水性・耐
薬品性塗料で下地処理された煙突模型２．家屋模型３お
よび地形模型４が、風洞床面７に配設された台盤５上面
に設置されている。

また、風洞１の風上側端部には風洞１内に風を送る送風
機（ファン）１５が、風の乱れ等の実地気流条件を再現
するための気流制御材１６．１７を介して配設されてお
り、気流制御材１Ｇは風洞ｊ内の流路横断面内に棒また
は板を格子状に配置して構成され、気流制御材１７は風
洞床面７上に板状部材を気流と直交するように水平に配
置して構ｔ、される。

一方、風洞１外に設けられるトレーサガス吐出手段Ａは
、あらかじめ所定の力゛ス濃度に調整混合されたトレー
ザガスを貯蔵するトレーサガスボンベ１８と、トレーサ
ガスボンベ１８がら流出するトレーサガスの流量を計測
するトレーサガス流量計１９と、煙突模型２とトレーサ
ガスボンベ１８とを接続するトレーサガス通路２０と、
トレーサガスボンベ１８がらのトレーサガス量を調整す
る流量調整弁２１とにより構成されており、このトレー
サガス吐出手段Ａにより煙突模型２からトレーサガスが
適当流量で吐出されるようになっている。

また、煙突模型２より吐出されたトレーサガスを含む気
流が沿って流れる地形模型４の表面上には、芙際の地物
に相当する地物相当部材２２が多数分散して配置され、
所要の粗度設定面が形成される。

この地物相当部材２２は、第３，４図に示すように、耐
力゛ス性があり圧縮や引張りに強い弾性材としてのシリ
コン系またはフッ素系のゴム材によって形成された可撓
性円管であり、その下方には切り込み２２ａが形成され
ている。

そして、地物相当部材２２は、地形模型４を構成する板
４ａに形成された穴４１〕に挿入され、切り込み２２ａ
に接着剤２２１）を流し込んで地形模型４に固着されて
いる。

なお、地物相当部材２２の高さおよび直径は、地形模型
４上に再現したい粗度に合わせて設定されており、その
粗度を増すため、第２．５〜７図に示すように、地物相
当部材２２の上部を適当な幅で茶せん状に切り裂いても
よいし、第６図に示すように、股上に重ねられた板１１
に地物相当部材２２を配置し所要の粗度を設定してもよ
い。

また、地物相当部材２２の上部を茶せん状に切り裂く場
合、たとえば、山林を再現する際にはその切り裂き幅を
広くして風力によるゆらぎを少なくし、草、果樹等を再
現する際にはその切り裂き幅を狭くして風力によるゆら
ぎを大きくするというような風力効果を加えることがで
きる。

なお、第１図中の符号２３は地形模型４上に開口された
複数のガスサンプリング孔、５８はトレーサガスに反応
して変色する変色試薬を含浸させたテープ、５９は上記
テープの変色状況の記録用ステイルカメラを示している
。

第１，８図に示すように、台盤５は同軟駆動用ベアリン
グ６を介して風洞床面７上に配置されるとともに、台盤
５下部には回転軸８が取付けられ、この回転軸８下端に
取付けられるブー９−１０と、駆動源（モータ）１１の
回転軸に取伺けられるブー９−９とを伝動ヘルド１４で
接続することによって、台盤５は駆動源１１により回転
軸８周りに回転駆動される。なお、駆動源１１としては
、パルスモータ、リニアモータ等が用いられる。

また、実地風向変動のデータ（もしくは計算によって得
たデータ）を記録したデータレコーダ、ディスク。

紙テープ等の記録装置１２が増幅・変換装置１３を介し
て駆動源１１に接続されており、この増幅・変換装置１
３は、記録装置１２からの出力信号に基づきその増幅あ
るいは時間軸変換９周波数変換等を行なった後、適当に
変換した信号を駆動源１１に入力して、駆動源１１を作
動させる。

＠９図に示すように、トレーサカス量検出器Ｂは、トレ
ーサガス吸収液層２４と、このトレーサガス吸収液Ｍ２
４に差込まれた細管２５および２６とにより構成され、
細管２５はトレーサカ゛ス吸収液層２４内のトレーサガ
ス吸収液２７に浸される一方、細管２６は浸されていな
い。

そして、風洞１内に開口するガスサンプリング孔２３は
、サンプリング管２８により細管２５に連通されて、ト
レーサガス量検出器Ｂに接続されるとともに、トレーサ
カス量検出器Ｂは、その細管２６に連通される管２９に
よりサンプリングガス量検出器Ｃにおける細管３（）に
接続されている。

サンプリングガス量検出器Ｃは、細管３０，２０ａ〜３
旧と、これらの細管３０．３０ａ〜３０ｆの相互間に介
装される各々異なった径およびあらかしめ定められた容
積を持つガス吸引筒３１〜３６とにより構成されており
、これらのガス吸引筒３１〜３６は上下方向に配設され
各々細管３０，３０ａ〜３０ｆで連通される。そして、
サンプリングガス量検出器Ｃ内には細管３０の位置まで
水が満たされている。

なお、トレーサガス量検出器Ｂおよびサンプリングガス
量検出器Ｃは、複数の〃スサンプリング孔２３のそれぞ
れについてそなえられる。

サンプリングガス吸引手段りは、電磁弁４２を介して細
管３０Ｆに連通されるヘッダー３７と、配管３８ｂを介
してヘッダー３７に接続される吸引ポンプ３８ａとによ
り構成される。

一方、細管３０ａ〜３旧のそれぞれには水位検出端３９
ａ〜３９ｆが取付けられ、これらの水位検出端３９ａ〜
３９ｆはそれぞれ変換器４０ａ〜４０ｆに接続されてお
り、水位検出端３９ａ〜３９ｆおよび変換器４０ａ〜４
０ｆによりサンプリングガス量検出器Ｃ内の水位か検出
される。

また、トレーサガス吸収液層２４内のトレーサガス吸収
液２７部に濃度検出端４１が取付けられ、この濃度検出
端４１が信号ケーブル５７を介して変換器４３に接続さ
れて、）幾度検出端４１および変換器４３によりトレー
サガス吸収液２７に溶解したトレーサガスの濃度が検出
される。

さらに、濃度検出端４Ｊの変換器４３．水位検出端３９
ａ−３９Ｆの変換器４０ａ−４Ｏｆ、電磁弁４２および
吸引ポンプ３８ａは、それぞれ信号ケーブル４ｆ３．４
７゜４８および４９を介して制御用データ集録装置４４
に接続されるとともに、演算および制御用計算機４５が
信号ケーブル５０を介してデータ集録装置４４に接続さ
れ、これらの電磁弁４２．データ集録装置４４および計
算機４５等により、トレーサガス量検出器Ｂがらの出力
信号が所定値以上に達した場合に、対応するサンプリン
グ管２８を通じてのサンプリングガスの吸引すなわちサ
ンプリングガス吸引手段りを停止する制御手段が構成さ
れている。

なお、第１０図は計測点のトレーサガス濃度特性を示す
グラフで、縦軸に吸収液濃度、横軸にサンプリングガス
吸引量をとってあり、図中の符号には濃度計測不可領域
、Ｌは濃度計測可能領域、へ４は濃度飽和領域を示す。

また、図中の実線Ｆは任意の計測点のトレーサガス濃度
特性を示すとともに、符号６１〜Ｇ７は本実施例で設定
できるサンプリングガス吸引量、に（）はＦの特性を持
つ計測点での計測可能領域りに達するサンプリングガス
吸引量を示している。

つまり、サンプリングガス吸引手段りは、トレーサガス
量検出器Ｂにおいて計測されるトレーサガス吸収液２７
の濃度が計測可能領域りに達すると同時に、上述した制
御手段により電磁弁４２を閉鎖させて停止されるように
なっている。

上述のごとく構成された本発明の無拡散模型試験装置に
おいて、ガスが拡散する状況の模型試験を行なう際には
、まず、地形模型４上に、地物相当部材２２を配設し所
要の粗度を設定する。なお、必要に応し地物相当部材２
２を茶せん状にしたり、その切り裂きを調整したりして
所要の粗度に調整する。

そして、テープ５８に、たとえばブロム・チモール・ブ
ルーのようなアンモニアによって変色する指示薬−のア
ルコール溶液と澱粉糊とからなる変色試薬を含浸−へ−
＝させ、＄１図に示すように、このテープ５８を地形模型
４の上面に貼り付ける。

一方、記録装置１２から出力される風向データを変換機
１３により時間軸変換および周波数変換を行ない駆動源
（モータ）１１に入力することによって、煙突模型２．
家屋模型３および地形模型４を配設される台盤５が所定
の角速度で回転駆動される。

なお、この回転駆動は、駆動源１１の回転駆動力をプー
リー９．ベルト１４．プーリー１０を介して台盤５の回
転軸８へ伝えることにより行なわれる。

次に、トレーサガスの流量調整弁２１を開ぎ、トレーサ
ガス流量計１９を監視しながら流量調整弁２１を所定の
流量に調整する。これにより、トレーサガスとしての試
験用アンモニア混合ガスは、トレーサガスボンベ１８か
ら通路２０を経て煙突模型２より風洞１内に吐出される
。

そして、風洞１内に気流制御材１６．１７を配置し、送
風機（ファン）１５を所定の回転数で回転させることに
より、風洞１内へ送風する。

このようにして、所定の実地気流条件（風速、風速分布
、乱れ等）となるように、送風機１５を回転させ、気流
制御材］、６＋１７の組合せを決め、且つ台盤５を回動
させることによって、時々刻々地形により変化する実地
気流が地形模型４上に再現され、煙突模型２がら排出さ
れるトレーサガスは実地の場合と同様に拡散される。

このように拡散されたトレーサガスが上述の変色試薬を
含浸させたテープ５８に接触すれば変色試薬は橙黄色か
ら黄緑色を経て藍色に変色するので、現地の風向変動の
大きい気流条件下での煙突模型２がら排出された混合ガ
スの地上における拡散状況を知ることができる。

なお、変色試薬のテープ５８への含浸方法はテープ５８
表面にスプレ°−にて噴霧するが、または変色試薬液内
にテープ５８全体を浸せばよい。また、含浸量は変色状
況を指示する時間に応して決めればよい。たとえば、維
持時間を長くする場合は量を多くし短くする場合には量
を少なくすればよい。

また、時間の経過（通常１〜２分程度）によって変色領
域が拡大する状況を肉眼またはステイルカメラ５９によ
って観察すれば、定性的には模型上の地」−における混
合ガス濃度分布をも推定することができる。

さらに、煙突模型２がら空気と混合して排出させるトレ
ーサガスとしては、上記実施例で述べられたアンモニア
のようなアルカリ性〃スの池に、亜硫酸ガス。

塩化水素等の酸性ガスを使用することもできる。

次に、テープ５８の変色範囲におけるトレーサガスの濃
度分布を定量的にめる場合は、テープ５８を取り外し、
上述の方法と同様にして地形模型４上に実地気流を再現
させ、煙突模型２から排出されるトレーサガスを実地の
場合と同様に拡散させる。

そして、拡散されたトレーサガスの地形模型４上におけ
る分布は、一定時間後には定常状態になる。しかる後、
電磁弁４２を開状態として吸引ポンプ３８ａを作動させ
ると、前記サンプリングガス量検出器Ｃ内の水が徐々に
下方へ排出される。この結果、サンプリングガス量検出
器Ｃ最上部の細管３０にあった水位が、ガス吸引筒３１
、細管３０ａと徐々に下方へ移動する。

これに伴い、検出器Ｃ内の圧力が低下し、管２９を介し
て検出器Ｃと連通しているトレーサガス吸収液層２４内
の圧力か゛低下し、サンプリング管２８を通してガスサ
ンプリング孔２３から風洞１内のトレーサガスか吸引さ
れて検出器Ｃ内に入る。この場合、サンプリングガス吸
引量の設定は細管３０ａ〜３０ｆの水位まで汗意に選ぶ
ことができ、そのときのサンプリングガス吸引量は水位
より上に位置するガス吸引筒３１〜３６の累積容量と等
しい。

このようなサンプリングガス吸引過程において、トレー
サガス吸収液２７の濃度は時間の経過すなわちサンプリ
ングガス吸引量の増大に伴って高くなり、濃度検出端・
１１による濃度信号は時々刻々と計算機４５へ入力され
、この濃度が計算機４５により計測可能領域りに達した
か否かを判断される。もし達していなければ連続して吸
引が行なわれるが、達していれば電磁弁４２を閉鎖する
ことによってそのときの水位が位置する部材の至近下部
の細管（３０ａ〜３０ｆ）で吸引は停止する。この制御
は、濃度計測可能領域Ｉ−に達した時点から、最初に水
位検出端（３９ａ〜３９ｆ）からの信号を拾った段階で
行なわれる。

例えば、サンプリングガス量検出器Ｃのガス吸引筒３３
内に水位があるとぎに計測可能領域りに達した場合、水
位がさらに細管３０ｃの部分まで下がり水位検出端３９
ｃおよびその変換器４０ｃが信号を発生した時点で電磁
弁４２が閉状態となり、その計測点におけるサンプリン
グガスの吸引は停止する。この状態を第４図で示せば、
ＧＯはガス吸引筒３３の途中までの累積吸引量（部材３
０，３１，３０ａ、３２の全部および３３の途中までの
容積の合計）、Ｇ３はガス吸引筒３２までの累積吸引量
（部材３０，３１、．３０ａ、３２の容積の合計）、Ｇ
４はガス吸引筒３３までの累積吸引量（部材３０．３１
，３０ａ、３２．３３の容積の合計）であり、Ｇ４にて
吸引は停止する。

このように、各計測点別にその計測点におけるトレーサ
ガス濃度に適したサンプリングガス吸引量が設定できる
。すなわち、高濃度域にある計測点では上部の細管３０
ａで吸引動作は停止するが、低濃度域にある計測点では
最下部の細管３Ｏｆまで吸引動作が続けられる。

そして、細管３０ｆの部分まで水位が下がった場合、水
位検出端３９ｆおよび変換器４０ｆから信号が発生され
、この時点で吸引ポンプ３８ａが停止して吸引動作は全
て終了する。なお、各計測点で吸引量が異なるので、計
測データは各計測点での吸引量で無次元化して相対比較
を行なう。

この実施例によれば、模型試験において、風向変動が大
ぎな実地の気流特性を再現でとるとともに、煙突等から
排出されたガスの拡散領域（濃度状況）を計測する際に
、各計測点でその濃度に応じて精度よく計測できる量だ
けのサンプリングガスが吸引されるため、計測する濃度
範囲が極めて広いようなガスの拡散領域についても、安
価に、スピーディに且つ精度よくガスの拡散領域を計測
することがで終る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の煙拡散模型試験装置によ
れば、風洞内に配置された地形模型と、上記風洞内にト
レーサガスを吐出するトレーサガス吐出手段とをそなえ
、上記トレーサガスを含んだ気流を沿わせるべき上記地
形模型の表面を所要の粗度設定面として設定すべく、同
粗度設定面を形成する多数の地物相当部材が上記地形模
型上に分散配置されて、同地物相当部材が外力による変
形およびその復元を自由に行なえる弾性材にて形成され
るという簡素な構成で、風洞を用いた煙拡散模型試験に
おいて、地形模型表面の粗度設定か容易に行なえ、実際
の地表面上の地物による粗度条件に起因する気流の乱れ
や風速分布を正確に再現できる一方、地物相当部材の耐
久性を大幅に向上させる利点かある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例としての煙拡散模型試験装置を示
すもので、第１図はその斜視図、第２図はその地形模型
の一部を示す斜視図、第３図はその地物相当部材の斜視
図、第４図はその地物相当部材の取付状態を示す側面図
であり、第５〜７図はその地物相当部材の変形例を示す
もので、第５図はその側面図、第６図はその地形模型へ
の取付状態を示す側面図、第７図はその地形模型への取
付状態を示す平面図であり、第８図は本装置の模型回転
機構を示す側面図、第５ノ図は本装置のトレーサガス濃
度測定機構を示す斜視図、第１０図は計測点のトレーサ
ガス濃度特性を示すグラフである。１・・風洞（測定室）、２・・煙突模型、３・・家屋模
型、４・・地形模型、４ａ・・板、４ｂ・・穴、５・・
台盤、６・・回転駆動用ベアリング、７・・風洞床面、
８・・回転軸、９，１０・・プーリー、１１・・駆動源
（モータ）、１２・・記録装置、１３・・増幅・変換装
置、１４・・伝動ベルト、１５・・送風Ｒ（ファン）、
１６ｗ１？・・気流制御材、１８・・トレーサカ゛又ボ
ンベ、１９・・トレーサガス流量計、２０・・トレーサ
ガス通路、２１・・流量調整弁、２２・・地物相当部材
、２２ａ・・切り込み、２２ｂ・・接着剤、２３・・ガ
スサンプリング孔、２４・・トレーサガス吸収液層、２
５．２６・・細管、２７・・トレーサガス吸収液、２８
・・サンプリング管、２９・・管、３０．３０ａ〜３０
ｆ・・細管、３１〜３６・・ガス吸引筒、３７・・ヘン
グー、３３ａ・・吸引ポンプ、３８１）・・配管、３９
ａ〜３９ｆ・・水位検出端、４（ｌａ−４ＯＬ・変換器
、４１・・濃度検出端、４２・・電磁弁、４３・・変換
器、４４・・制御用データ集録装置、４５・・演算およ
び制御用計算機、４６〜５０・・信号ケーブル、５１・
・整流格子、５２・・縮流部、Ｓ３・・開口部、５４．
５５・・整流装置、５６・・風洞排気筒、５７・・信号
ケーブル、５８・・テープ、５９・・ステイルカメラ、
）〜・・トレーサがス吐出手段、Ｂ・・トレーサガス量
検出器、Ｃ・・サンプリングガス量検出器、Ｄ・・サン
プリングガス吸引手段、Ｆ・・任意の計測点のトレーサ
ガス濃度特性、ＧＯ〜Ｇ７・・サンプリングガス吸引手
段度計測可能領域、Ｍ・・濃度飽和領域。復代理人　弁理士　飯　沼　義　彦第３図２２０第４図２ｂ第５図第６図４ｊ）　１１０第７図

Claims

【特許請求の範囲】

風洞内に配置された地形模型と、上記風洞内にトレーサ
ガスを吐出するトレーサガス吐出手段とをそなえ、上記
トレーサガスを含んだ気流を沿わせるべき上記地形模型
の表面を所要の粗度設定面として設定すべく、同粗度設
定面を形成する多数の地物相当部材が上記地形模型上に
分散配置されて、同地物相当部材か外力による変形およ
びその復元を自由に行なえる弾性ヰ４にて形成されてい
ることを特徴とする、煙拡散模型試験装置。