WindPerfectの解析精度１
風環境解析ガイドラインとの比較
実測値とWindPerfectの結果はどこまで合うのだろうか。
比較がなされている論文は少ない
が、弊社ソフトWindPerfectDXには幸いなことに権威ある東京大学生産技術研究所の風洞での実測結果との比較がある．
比較は、風環境解析ガイドライン（2008，日本建築学会刊）に記載されている実験について行った。

実測とWindPerfect解析の比較２• 検証では、境界条件を野々村ら(2003)が行った風洞実験の条件を踏襲． 風環境解析ガイドラインに記載．
• CFDの結果と風洞実験の結果を比較．
風洞の測定領域寸法：3.0mｘ3.0mｘ1.8m
建物ブロック：0.2mｘ0.2mｘ0.2mの立方体9個の立方体/80個の立方体で市街地を模擬。
ブロックとブロックの間隔は0.2m．
その他の境界条件はすべて風洞実験の条件に準拠．
・CFDの結果に120個のサンプリングポイントを抽出、風洞実験結果と比較を行った。

実測とWindPerfect解析の比較３
検証１ 立方体９個

X=-0.25
X=-0.15
X=0.20X=-0.05X=0.10 X=0.30

風向Y=0.30
Y=0.25
Y=0.20
Y=0.15
Y=0.10
Y=0.05

Y=-0
Y=-0.05
Y=-0.10
Y=-0.15
Y=-0.20
Y=-0.25
Y=-0.30

C.L
0.2m

ＹＸ

0.2m
X=-0.10 X=0.05
X=-0.20 X=0 X=0.15X=0.25
X=-0.30

風洞実験測定ポイント
シミュレーション用モデル

実測とWindPerfect解析の比較４
検証結果：
検証はCFD計算を開始し、流れ場が安定になった600秒後の結果を用いて、野々村ら(2003)の実験結果と比較した．
◆風向角0°、22.5°、45°ケースの流れ場を提示．
◆実験結果と解析結果とを比較を示す。EXPが風洞実験の結果で、DNSがWindPerfectDXでの解析結果である．
◆風環境解析ガイドライン（日本建築学会,2007）による乱流モデルの結果データと本研究の結果の比較に示す。
表1から分析すると、WindPerfectDXでの解析結果が実験値との相関が高く、他のCFDソフトの解析結果より精度が高いことが分かる。

実測とWindPerfect解析の比較５
検証１ 立方体９個

実測とWindPerfect解析の比較６
検証２ 立方体８０個0°122.5°

234515616717253135818263236455565465666394757674048586891927414959691020284250607011212933374351617112223034384452627213235363731424546474757776 78

45° yx

風洞実験測定ポイント
シミュレーション用モデル

実測とWindPerfect解析の比較７
検証結果：
CFD計算を開始して、流れ場が安定になった1200秒後の瞬間値の結果を用い、持田らが行った実験の結果と比較した．
◆風向角0°、22.5°、45°の流れ場をそれぞれ提示．
◆実験の風速とCFD計算からの風速の比較を図示す。
（EXPが風洞実験の結果で、DNSが解析の結果）
日本建築学会による乱流モデルでの結果データ(2007)とWindPerfectDXの結果の比較に示す。
WindPerfectDXの計算結果は、k-ε乱流モデルを使った他のCFDソフトより解析精度が高かった。

実測とWindPerfect解析の比較８
検証２ 立方体８０個

8実測とWindPerfect解析の比較９
検証３ 新潟市内解析結果
新潟市街区のCADデータを用いて、シミュレーション結果と風洞実験結果を比較
WindPerfectDXの計算結果は、k-ε乱流モデルを使った他のソフトより解析精度が高かった。

風向北

風向南東

9

WindPerfectの解析精度１
まとめ－風環境解析
実測値とWindPerfectの風環境解析結果の比較を行った。
１．立方体９個の実験について弊社ソフトウェアWindPerfectの結果は、風洞実験結果と非常に良く一致した。
２．立方体８０個の実験について
弊社ソフトウェアWindPerfectの結果は、風洞実験結果と非常に良く一致した。
３．実在街区（新潟）の実験について
WindPerfectの結果は、やはり他のRANS系乱流モデルを用いたソフトの解析結果よりも精度が良かった。

WindPerfectの解析精度２立方体風圧シミュレーション１
角部で間歇的な大きな流れの剥離があり、1mm秒オーダーの周期で強い負圧を伴う渦が発生

表面風速分布

表面風速ベクトル（色は圧力）立方体風圧シミュレーション２
立方体周りの圧力の時間経過を追跡
0.01秒

0.0４秒

0.0７秒

表面圧力分布

表面圧力等圧力面

圧力ボリュームレンダリング

剥離した渦が立方体側面・上面に強い負圧を生成するのに注目

立方体風圧シミュレーション３
風洞実験とシミュレーションの結果比較
風向き0°
1.5
風洞実験
(I.P.Castro,1977)
Wind Perfect(DNS)

平均風圧係数1k-εモデル

0.5000.511.522.5

3-0.5-1-1.5
風下位置

風向き45°
000.2

0.4

0.60.81

平均風圧係数-0.5-1-1.5-2

風洞実験(I.P.Castro,1977)
Wind Perfect(DNS)

風洞実験の模式図-2.5
風下位置（I.P.Castro,J.Fluid Mech,1977）
風向0°・45°の両方で風洞実験値とよく一致

立方体風圧シミュレーション４
表面圧力値 45°

斜めに立方体に衝突した風が角部で剥離して２つのコニカル渦を形成

WindPerfectの解析精度２
まとめ－立方体風圧解析
文献値とWindPerfectの立方体風圧解析結果の比較を行った。
１．風向０°について
弊社ソフトWindPerfectの結果は松木らの実測値と非常に良く一致した。
２．風向４５°について
弊社ソフトWindPerfectの結果は、酒井らの実測結果と良く一致した。

WindPerfectの解析精度３
スタジアム屋根風圧シミュレーション１
スタジアム屋根のような大規模片持式架構では風荷重が支配的となる。
◆風洞試験
比較的小規模な風洞を用いて、屋根勾配、背面開口率、観客席勾配などを合わせた部分模型による一様流下での風洞試験を通じて、構造設計初期段階に適用可能な風力特性を得ることが可能である。
◆流体計算
一様流中に限れば、経験的な数値粘性を導入した計算手法により、空気力特性が高い精度で予測可能である。
20.0 m49.6 m

大規模片持式屋根に対して、一様流の流体計算を実施し、その適用性を把握した。

20.5 m18.7 mスタジアム屋根風圧シミュレーション２◆風洞実験試験体
試験体は、屋根勾配、背面開口率、観客席勾配を合わせ、スタジアム断面全体を囲った剛模型（模型スケール1/90）とし、周辺建物及び対面スタジアムは再現しない。
◆流入条件・風向
流入風は勾配のない一様流（風速10.0m/sec）とし、風向は観客席側からと観客席後方側からの2方向とした。
片持式屋根◆風洞設備・風圧力測定
日大所有のゲッチンゲン型風洞を用い、屋根上下面それぞれ別々に風圧力を測定した。
風洞測定部断面寸法：
幅×高さ = 900mm×1230mm

破線：模型断面
背面開口

観客席

模型化範囲

勾配

スタジアム屋根風圧シミュレーション３◆計算領域 ：X×Y×Z = 4.0m×4.0m×1.2m
メッシュ数：約200万メッシュ（Nx×Ny×Nz = 159×126×101）
格子分割 ：不等間隔直交格子（最小メッシュ幅：3mm）◆プログラム：WindPerfectV3.5（㈱環境シミュレーション製）
時間積分法：SMAC法
空間差分法 粘性項：2次精度の中心差分
対流項：中心差分＋数値粘性（ハイブリッドスキーム）◆流入境界 ：勾配のない一様流（風速10.0m/s）
流出境界 ：移流流出条件
地表面･構造物表面境界：すべり無し条件
側面･上面境界：すべり条件
1.2 m◆時間刻み ：0.00005秒
計算時間 ：1.2秒（24000ステップ）

ZYX
風風4.0 m

4.0 mスタジアム屋根風圧シミュレーション３◆瞬間風圧係数コンタ◆平均風圧係数

風向：観客席後方側から2.0

風風圧係数
平均風圧係数風

風向：観客席後方側から

下面

風

1.0
0.0
-1.0

上面

-2.0

観客席後方側

観客席側
観客席後方側

観客席側
風向：観客席側から

風向：観客席側から

2.0

風

風圧係数
平均風圧係数

風

下面

風
1.0
0.0
-1.0

上面

-2.0

観客席後方側下面（計算）上面（計算）

観客席後方側上面（試験）

観客席側

圧力値は屋根面の上下で風洞実験値とよく一致

観客席側
下面（試験）

スタジアム屋根風圧シミュレーション５
表面風速値 45°

表面風速値 0°

風向によって表面に風速の緩急が生じている

スタジアム屋根風圧シミュレーション６

表面圧力値 45°

表面圧力値 0°表面圧力は風向４５°が0°よりも負圧の生じる領域が少ない

WindPerfectの解析精度３
まとめ－スタジアム屋根風圧解析
実測値とWindPerfectのスタジアム屋根風圧解析結果の比較を行った。
１．弊社ソフトWindPerfectの風圧解析結果は、風洞実験の結果と非常に良く一致した。
２．表面風圧で風向を変えた場合などもコニカル渦生成など、負圧域形成の特徴をWindPerfectの風圧解析はよく捉えていることが分かった。

WindPerfectの解析精度４

自動車技術会ベンチマーク

計算格子

自動車技術会ベンチマーク

自動車技術会ベンチマーク

自動車技術会ベンチマーク

自動車技術会ベンチマーク

自動車技術会ベンチマーク

自動車技術会ベンチマーク

自動車技術会ベンチマーク

自動車技術会ベンチマーク

WindPerfectの解析精度４
まとめ 自動車技術会ベンチマーク

WindPerfectの解析精度５空調解析での文献との比較
実測値・実験値とWindPerfectの結果はどこまで合うのだろうか。
これら比較がなされている論文は少ない。 ここでは、実測と数値流体解析の比較がされていて、解析に使用出来る条件を明示している資料を探し、弊社ソフトウェアとの比較を試みた。
比較は先ず、夏季解析を行っている松木らの論文で実施し、次に冬季解析を行っている酒井らの資料のデータを元に実施した。 夏季・冬季ともに比較を行ったのは、一般的に気流の性状は季節で大きく異なるからである。

WindPerfectの解析精度５実測とWindPerfectの比較１ー１
講義室空間での夏季空調で、床吹出し・天井吸い込み。
窓辺でエアーフローウインドウを採用している。

入口

解析対象空間の概要
松木ら，「全面床吹出しとペリメータレス空調を採用した室内の気流温度分布に関する研究（第２報）夏期・冬期測定実験とCFD 解析の比較」空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2009.9.15 〜17（熊本）｝より

実測とWindPerfectの比較１ー２
現論文では、各壁面の温度を計測しているので、これを数値流体解析の境界条件とした。

実測結果

松木ら，「全面床吹出しとペリメータレス空調を採用した室内の気流温度分布に関する研究（第２報）夏期・冬期測定実験とCFD 解析の比較」空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2009.9.15 〜17（熊本）｝より

実測とWindPerfectの比較１ー３
弊社ソフトウェアWindPerfectDXでのシミュレーション結果色は温度を表し、ベクトルは気流を表す。床から吹き出した冷気が、天井に向かうにつれて昇温する様子が分かる。

WindPerfectDX解析結果 （断面温度分布）

実測とWindPerfectの比較１ー４
弊社ソフトの解析結果は、どの測定箇所
でも実測と非常に良い一致をする事が分かった。
： 計算

実測結果とWindPerfect解析結果の比較（鉛直方向温度分布）
松木ら，「全面床吹出しとペリメータレス空調を採用した室内の気流温度分布に関する研究（第２報）夏期・冬期測定実験とCFD 解析の比較」空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2009.9.15 〜17（熊本）｝より

実測とWindPerfectの比較２ー１
マンション個室を想定した窓が2つある居住空間．床暖房とエアコンのいずれかで冬季空調を行う．

解析対象
空間の概要
測定箇所

酒井孝司，「CFDによる異なる暖房方式を採用した居室の温熱環境解析」，伝熱＋熱環境
シミュレーション合同小委員会・合同WG，熱環境シミュレーション小委員会資料 より

実測とWindPerfectの比較２ー２
床からの暖気で部屋は温まるが、壁際は壁貫流の影響で寒い．

床暖房のみで暖房

WindPerfect解析結果 （断面温度分布）
酒井孝司，「CFDによる異なる暖房方式を採用した居室の温熱環境解析」，伝熱＋熱環境
シミュレーション合同小委員会・合同WG，熱環境シミュレーション小委員会資料 より

実測とWindPerfectの比較２ー３
床暖房のみ：
弊社ソフト解析は、原論文よりも実測と良い一致をする事が分かった
原論文で実測と解析が結果で食い違う事を自ら明示している箇所
・実測：
・原論文解析：・WPDX解析：

実測結果とWindPerfect解析結果の比較（鉛直方向温度分布）
酒井孝司，「CFDによる異なる暖房方式を採用した居室の温熱環境解析」，伝熱＋熱環境
シミュレーション合同小委員会・合同WG，熱環境シミュレーション小委員会資料 より

実測と数値流体解析の比較２ー４
エアコンからの暖気は自らの浮力で、途中で上昇流に転じる．

エアコンのみで暖房

WindPerfect解析結果結果 （断面温度分布）
酒井孝司，「CFDによる異なる暖房方式を採用した居室の温熱環境解析」，伝熱＋熱環境シミュレーション合同小委員会・合同WG，熱環境シミュレーション小委員会資料 より

実測とWindPerfectの比較２ー５
本解析でも弊社ソフ
ト解析は、原論文解
析よりも実測と良い一致をする事が分かった
実測と解析が結果で食い違う事を原論文で明示している箇所
・実測：
・原論文解析：・WPDX解析：

実測結果とWindPerfect解析結果の比較（鉛直方向温度分布）
酒井孝司，「CFDによる異なる暖房方式を採用した居室の温熱環境解析」，伝熱＋熱環境シミュレーション合同小委員会・合同WG，熱環境シミュレーション小委員会資料 より

WindPerfectの解析精度５
まとめ－空調解析での文献との比較
実測値とWindPerfectの空調解析結果の比較を行った。
１．夏季解析について
弊社ソフトWindPerfectの結果は松木らの実測値と非常に良く一致した。
２．冬季解析について
弊社ソフトWindPerfectの結果は、酒井らの実測結果と良く一致した。