多孔質フィンを用いた乱流制御による革新的伝熱促進とその応用展開

利用多孔翅片湍流控制促进创新传热及其应用开发

基本信息

批准号：
22K14180
负责人：
本木慎吾
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Osaka 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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14180/
关键词：
乱流輸送伝熱促進多孔質体流体力学伝熱工学乱流熱力学

项目摘要

多孔質フィンを用いた高効率な乱流伝熱促進手法の提案とそのメカニズムの解明を目的とし，数値シミュレーションおよび実験を行った．多孔質フィンを有する非圧縮チャネル乱流（圧力勾配によって駆動される平行平板間の乱流）の直接数値シミュレーションを実施することにより，比較的薄いフィン（平板間距離の1/20）を用いた場合においても，フィンを介した流動が自発的に生じることで壁面垂直方向に顕著な秩序を有する大規模な流れが発生し，熱輸送が運動量輸送に比して顕著に促進される非相似的伝熱促進が達成されることを確認した．また，正方形の細孔で構成される多孔質フィンについて空隙率依存性を調査した結果，非相似的伝熱促進の指標が最大となる最適な空隙率が存在することを見出した．さらに，流れ方向に一様なスリットで構成される単純なフィンにおいても同様に非相似的伝熱促進が達成し得ることを確認した．また，細孔とスリットのどちらにおいても２種類の大規模流動パターンが存在し得ることを明らかにした．数値シミュレーションによって得られた知見を基に実験装置の製作を試みた．実験装置は矩形流路（基本高さ20mm，基本幅300mm）で構成され，試験部にはシミュレーションと同様に，流れに平行な多孔質フィンがスパン方向に等間隔に配置される．様々なフィン性状を調査できるよう，フィンのみを容易に取り替えて試験を行うことが可能であり，フィンの厚みや間隔，流路のアスペクト比も変更可能である．予備実験として，数値シミュレーションにおいて非相似的伝熱促進が確認された性状に近い多孔質フィン（厚さ1mm，空隙率約30％）を用い，薄片状雲母粒子を用いた流れの可視化を実施した．その結果，多孔質フィンの導入により大規模な流動が生じることを実証した．

进行数值模拟和实验，目的是提出使用多孔鳍片高效的湍流促进方法并阐明机制。通过对未压缩的通道湍流（通过压力梯度驱动的平行板之间的湍流）进行直接数值模拟，以多孔的鳍驱动），我们确认，即使使用相对较薄的鳍（使用板间距离的1/20），使用鳍的鳍片流过的鳍片在不广泛的范围内促进了较大的传热，并且在壁上的较大方向上，散发鳍的流动较大，并且在壁上的范围内促进了较大的传热，而较大的传热则是在壁和壁上的范围。运输。此外，我们研究了由方形孔组成的多孔鳍的孔隙率依赖性，并发现有一种最佳孔隙率是非相似传热促进的最大指数。此外，已经证实，可以在简单的鳍片中实现不同的传热促进，该鳍片由缝隙在流动方向上均匀。还揭示了两种类型的大规模流动模式在毛孔和缝隙中都可以存在。我们试图根据通过数值模拟获得的知识来制造实验设备。实验设备由矩形流动路径（基本高度20毫米，基本宽度300 mm）组成，平行于流动的多孔鳍片在跨度方向上以相等的间隔排列，类似于模拟。为了研究各种鳍的特性，可以轻松地仅替换鳍片并执行测试，并且还可以更改流道的厚度，间距和纵横比。作为初步实验，我们使用了多孔鳍（1毫米厚，约30％孔隙率），这些鳍与已确认在数值模拟中促进非相似热传递的鳍片相似，并使用片状云母粒子可视化流动。结果，我们证明了由于引入多孔鳍而发生大规模流量。