等温定常解析

＜実験モデルを用いたケーススタディ＞

・ 解析の妥当性が確認された CFD モデル（実験モデル）を用いて等温条件でのケーススタディを行う．

・ 吹出風速，開口高さ，開口幅，吹出口幅，吹出口長さ，吹出角度の 6 つのパラメータが遮断性能に 及ぼす影響について考察する．

首都大学東京 永田研究室 修士 2 年 渡邉久 エアカーテンの熱・気流遮断性能に関する研究

スタディ ケース

天井高

H[mm]

開口高さ

H

_ac

[mm]

開口幅

W[mm]

吹出風速

V

_ac

[m/s]

吹出風量

q

_ac

[m

³

/s]

吹出口幅

W

_ac

[mm]

吹出角度

𝜃 [°]

吹出口長

L

_ac

[mm]

内外差圧

⊿ P[Pa]

基本

300 300 240 9 0.0108 5 0 240 0.5

～

20

吹出風速

300 300 240 0～15 0

～

0.018 5 0 240 0.5～20

開口高さ

300 220

～

300 240 9 0.0108 5 0 240 0.5

～

20

開口幅

300 300 200

～

360 9 0.009

～

0.0162 5 0 200

～

360 0.5

～

20

吹出口幅

300 300 240 3

～

18 0.0108 2.5

～

15 0 240 0.5

～

20

吹出口長

300 300 240 9 0.009

～

0.0126 5 0 200

～280

0.5～20

吹出角度

300 300 240 9 0.0108 5 0

～

40 240 0.5

～

20

▽ 解析ケース

流量係数 𝛼 − ＝ 𝑄 _𝑎𝑐 (𝐴 2∆𝑃 𝜌)

𝑄 _𝑎𝑐 ：外気侵入量（ AC あり） [m ³ /s] ， 𝐴：開口面積 [m ² ] ， ∆𝑃：内外差圧 [Pa] ， 𝜌：空気密度 [kg/m ³ ]

＊結果はすべて実スケールに換算したものである

3.1. 等温定常解析

＜実験モデルを用いたケーススタディ（吹出風速スタディ）＞

首都大学東京 永田研究室 修士 2 年 渡邉久 エアカーテンの熱・気流遮断性能に関する研究

1 10 100

0.1 1 10

外気侵入量 [m 3 /s]

内外差圧 [Pa]

Vac=0[m/s]

Vac=3[m/s]

Vac=6[m/s]

Vac=9[m/s]

Vac=12[m/s]

Vac=15[m/s]

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0 5 10 15 20

流量係数 [- ]

内外差圧 [Pa]

Vac=0[m/s]

Vac=3[m/s]

Vac=6[m/s]

Vac=9[m/s]

Vac=12[m/s]

Vac=15[m/s]

△ 内外差圧と外気侵入量の関係（吹出風速スタディ） △ 内外差圧と流量係数の関係（吹出風速スタディ）

3.1. 等温定常解析

＜実験モデルを用いたケーススタディ（吹出風速スタディ）＞

首都大学東京 永田研究室 修士 2 年 渡邉久 エアカーテンの熱・気流遮断性能に関する研究

1 10 100

0.1 1 10

外気侵入量 [m 3 /s]

内外差圧 [Pa]

Vac=0[m/s]

Vac=3[m/s]

Vac=6[m/s]

Vac=9[m/s]

Vac=12[m/s]

Vac=15[m/s]

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0 5 10 15 20

流量係数 [- ]

内外差圧 [Pa]

Vac=0[m/s]

Vac=3[m/s]

Vac=6[m/s]

Vac=9[m/s]

Vac=12[m/s]

Vac=15[m/s]

△ 内外差圧と外気侵入量の関係（吹出風速スタディ） △ 内外差圧と流量係数の関係（吹出風速スタディ）

気流遮断率 − ＝ 1 − 𝑄 _𝑎𝑐 /𝑄 ₀ (1 − 𝛼 _𝑎𝑐 /𝛼 ₀ )

𝑄 _𝑎𝑐 ：外気侵入量（ AC あり） [m ³ /s] ， 𝑄 ₀ ：外気侵入量（ AC なし） [m ³ /s]

𝛼 _𝑎𝑐 ：流量係数（ AC あり） [-] ， 𝛼 ₀ ：流量係数（ AC なし） [-]

3.1. 等温定常解析

＜吹出風速スタディ＞

首都大学東京 永田研究室 修士 2 年 渡邉久 エアカーテンの熱・気流遮断性能に関する研究

1500

1000

L _ac : 240

W : 240

2 00 AC

V _ac : 0 ～ 15[m/s]

q _ac : 0 ～ 0.018[m

³

/s]

H ac : 300

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 5 10 15 20

気流遮断率 [- ]

内外差圧 [Pa]

Vac=3[m/s]

Vac=6[m/s]

Vac=9[m/s]

Vac=12[m/s]

Vac=15[m/s]

△ 内外差圧と気流遮断率の関係（吹出風速スタディ）

△ 解析ケース模式図（吹出風速スタディ）

・ V _ac が大きくなるほど気流遮断率は向上するが , どのケースも内外差圧が 5[Pa] を超えると気流遮断

率は 40% 以下 , 10[Pa] を超えると 20% 以下となり , 内外差圧が大きい条件では AC の効果があまり期

待できないことがわかる．

3.1. 等温定常解析

＜開口高さスタディ＞

首都大学東京 永田研究室 修士 2 年 渡邉久 エアカーテンの熱・気流遮断性能に関する研究

1500

1000

H _ac : 220 ～ 300 W _ac : 5

2 00 _AC

室内

V _ac : 9[m/s]

q _ac : 0.0108[m

³

/s]

室外

H : 300

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 5 10 15 20

気流遮断率 [- ]

内外差圧 [Pa]

Hac=300 Hac=280 Hac=260 Hac=240 Hac=220

△ 内外差圧と気流遮断率の関係（開口高さスタディ）

△ 解析ケース模式図（開口高さスタディ）

・ 開口高さが低く ( 遮断距離が短く ) なることで気流遮断率は向上するが吹出風速のスタディほどケー

スによって大きな違いは見られない .

3.1. 等温定常解析

＜開口幅スタディ＞

首都大学東京 永田研究室 修士 2 年 渡邉久 エアカーテンの熱・気流遮断性能に関する研究

1500

1000

W : 200 ～ 360

2 00 AC

V _ac : 9[m/s]

L _ac : 200 ～ 360

q

_ac

: 0.009

～

0.0162[m

³

/s]

H ac : 300

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 5 10 15 20

気流遮断率 [- ]

内外差圧 [Pa]

W=200 W=240 W=280 W=320 W=360

△ 内外差圧と気流遮断率の関係（開口幅スタディ）

△ 解析ケース模式図（開口幅スタディ）

・ ケースによる違いはほとんど見られず , 今回解析を行った開口幅の範囲では，開口幅が変化しても

開口幅と同じ AC の吹出口長さがあれば遮断性能は変わらないことがわかる .

3.1. 等温定常解析

＜吹出口幅スタディ＞

首都大学東京 永田研究室 修士 2 年 渡邉久 エアカーテンの熱・気流遮断性能に関する研究

1500

1000

W _ac : 2.5 ～ 15

2 00 _AC

室内 V _ac : 3 ～ 18[m/s]

q _ac : 0.0108[m

³

/s]

室外

H : 300 H ac : 300

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 5 10 15 20

気流遮断率 [- ]

内外差圧 [Pa]

Wac=2.5 (Vac=18[m/s]) Wac=5 (Vac=9[m/s]) Wac=7.5 (Vac=6[m/s]) Wac=10 (Vac=4.5[m/s]) Wac=15 (Vac=3[m/s])

△ 内外差圧と気流遮断率の関係（吹出口幅スタディ）

△ 解析ケース模式図（吹出口幅スタディ）

・ 風量を変えず吹出口幅を狭くし吹出風速を大きくすることで , 同じ風量でも高い遮断性能を確保でき

ることがわかる .

3.1. 等温定常解析

＜吹出口長さスタディ＞

首都大学東京 永田研究室 修士 2 年 渡邉久 エアカーテンの熱・気流遮断性能に関する研究

1500

1000

W : 240

2 00 AC

V _ac : 9[m/s]

q

_ac

: 0.009

～

0.0126[m

³

/s]

L _ac : 200 ～ 280

H ac : 300

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 5 10 15 20

気流遮断率 [- ]

内外差圧 [Pa]

Lac=200 (L/W=0.83) Lac=220 (L/W=0.92) Lac=240 (L/W=1.0) Lac=260 (L/W=1.08) Lac=280 (L/W=1.16)

△ 内外差圧と気流遮断率の関係（吹出口長さスタディ）

△ 解析ケース模式図（吹出口長さスタディ）

・ ケースごとの顕著な違いは見られなかったが , 開口幅に対して吹出口長さが短いと遮断性能が低 下し , 長いと遮断性能が向上する結果となった .

・ L _ac ＝ 260[ ㎜ ] と 280[ ㎜ ] を比べると遮断性能に違いはほとんどない 一定の長さまで長くした場合 , そ

れ以上遮断性能が向上することはないことがわかる .

3.1. 等温定常解析

＜吹出角度スタディ＞

首都大学東京 永田研究室 修士 2 年 渡邉久 エアカーテンの熱・気流遮断性能に関する研究

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 5 10 15 20

気流遮断率 [- ]

内外差圧 [Pa]

θ ＝ 0[ ° ] θ ＝ 10[ ° ] θ ＝ 20[ ° ] θ ＝ 30[ ° ] θ ＝ 40[ ° ]

1500

1000 W _ac : 5

2 00 _AC

室内

V _ac : 9[m/s]

室外

φ : 0 ～ 40[ ° ]

H : 300 H ac : 300

△ 内外差圧と気流遮断率の関係（吹出角度スタディ）

△ 解析ケース模式図（吹出角度スタディ）

・ 吹出角度 θ ＝ 0[ ° ] と比べ , θ ＝ 10, 20[ ° ] のケースは全体的に遮断性能が高いことがわかる .

・ θ ＝ 30, 40[ ° ] のケースは差圧が小さい場合は遮断性能が基本ケースと比べ劣るが , 差圧が 2 ～

3[Pa] を超えると遮断性能が他のケースに比べ高い結果となった .

→ 内外差圧に応じて適切な角度で AC 噴流を吹出すことで , より高い遮断性能を得られることがわかる．

ドキュメント内 エアカーテンの熱・気流遮断性能に関する研究 (ページ 152-161)