Detection and quantification of turbulent flow motion exchanging heat only

仅交换热量的湍流运动的检测和量化

基本信息

批准号：
22K14179
负责人：
高橋護
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Mie University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

乱流は層流にくらべてはるかに大きな輸送効果を示す．そのため伝熱デバイスにおいて，運動量と熱の輸送が同時に促進され，高い熱伝達性能には大きな流動抵抗が伴うという問題がある．これに対処する非相似輸送現象は工学的に重要であり国内外で活発に研究されている．本研究の目的は乱流現象の中から，熱輸送のみの促進を実現するきっかけとなる乱流現象を特定することである，申請者はその一つとして「圧力によるレイノルズ応力あるいは乱流熱流束の非相似な消滅」があると仮説しており，実施期間中にそれらの抽出，発現機構解明，定量化を目指す．第一段階で平板間乱流の数値計算，第二段階で加熱円形噴流における速度・温度同時測定を実施する計画で，本年度は第一段階の数値計算が実施内容の主である．レイノルズ応力・乱流熱流束の消滅イベントは乱流秩序渦構造の周辺に局在する．そこで平板間乱流の数値計算では，人工的に乱流中に秩序渦構造を発生させた流れ場を計算した．これにより空間的に局在したレイノルズ応力・乱流熱流束の消滅イベントを数値再現することができた．そこで，それら消滅イベントの非相似性を定量化のため，レイノルズ応力消滅と乱流熱流束消滅の結合確率密度関数を評価した．ここで，レイノルズ応力消滅が乱流熱流束消滅よりも卓越していれば，熱輸送のみの促進を実現する工学的に魅力的な現象といえる．評価された結合確率密度関数から，そのような「工学的に魅力的な」非相似消滅イベントが全体の23%から29%を占めることが明らかになった（壁からの距離に依存．壁から遠いほど大きい値を示す）．以上の数値計算と並行して，第二段階での速度・温度同時測定のための実験装置構築も進めた．現有の噴流発生装置に，気流加熱装置を組み込んで乱流温度場を生成できるようにした．また冷線温度計回路を設計し試作した．

湍流比层流表现出更大的传输效应。因此，在传热装置中，动量和传热同时促进，高传热性能伴随着大的流动阻力。处理这一问题的不同传输现象具有重要的工程重要性，国内外正在积极研究。本研究的目的是在湍流现象中识别出仅引发热传递促进的湍流现象，并假设存在“异种灭绝”的“异种灭绝”，并旨在提取它们，阐明它们的表达。机制，并在实施期间量化。第一步是进行板间湍流的数值计算，第二步是同时测量加热圆形射流中的速度和温度。今年，第一步的数值计算将是主要内容。雷诺应力和湍流热通量的消失事件位于湍流有序涡结构周围。因此，在板间湍流数值计算中，我们计算了在湍流中人为产生有序涡结构的流场。因此，我们能够以数值方式再现雷诺应力和湍流热通量的空间局部消光事件。因此，为了量化这些湮灭事件的差异性，我们评估了雷诺应力湮灭和湍流热流湮灭的联合概率密度函数。在这里，如果雷诺应力消光比湍流热通量消光更占主导地位，那么从工程角度来看，这可以说是一种仅促进热传输的有吸引力的现象。评估的联合概率密度函数显示，此类“工程上有吸引力”的异种湮灭事件占总数的23%至29%（取决于距墙壁的距离。距离越远，值越大）。在进行上述数值计算的同时，我们还着手构建了第二阶段同时测量速度和温度的实验装置。在现有射流发生装置中加入气流加热装置，产生湍流温度场。我们还设计并制作了冷线温度计电路原型。