マイクロスケール空間における臨界点近傍流体の特異なメカニズムの解明

阐明微尺度空间临界点附近流体的独特机制

• 批准号: 17656062
• 负责人: 山本 悟
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17656062/
• 关键词: 数値解法; 超臨界流体; マイクロスケール; 臨界点近傍; レイリーベナール対流; 前処理法; PROPATH; 圧縮性熱対流; 二酸化炭素; Peng-Robinson EOS

本研究では、マイクロスケール空間内における臨界点近傍の超臨界流体を正確に計算することができる数値解法を構築して、狭い空間を極めて遅い速度で対流する超臨界流体が、主流温度・圧力ならびに温度境界条件を変化させることにより、熱物性が特異に変化し密度変化が顕著な圧縮性流れになることを数値計算により明らかにすることである。今年度においては、以下の研究を実行した。1)極低温状態で超臨界になる、窒素とヘリウムについてRayleigh-Benard対流を計算して、その特異性について検証した。その結果、それぞれの流れ場はまったく異なるものとなり、特にヘリウムにおいては、対流がほとんど起こらない熱伝導が卓越した流れ場になることがわかった。2)マイクロスケール熱交換器内における超・亜臨界二酸化炭素の自然対流を計算して、その流れ場を検証した。その結果、超臨界状態と亜臨界状態における著しい密度差によるかなり高速の自然対流場を形成する可能性が示され、新たな発想による熱交換器の創成に繋がる画期的な知見を得ることに成功した。これらの研究成果は、6月に開催される計算力学ヨーロッパ会議(ECCOMAS)ならびに数値流体力学国際会議(ICCFD)にて発表する予定である。また、Int. J. Heat and Mass Transfer、ならびに日本機械学会論文集に論文を投稿中である。

在本研究中，我们构建了一种数值方法，可以精确计算微尺度空间中临界点附近的超临界流体，并且在狭窄空间内以极慢的速度对流的超临界流体能够计算主流温度和压力。目的是通过数值计算证明，通过改变温度边界条件，热物理性质会发生独特的变化，并产生具有明显密度变化的可压缩流。今年，我们开展了以下研究。 1）我们计算了在极低温度下变成超临界的氮和氦的瑞利-贝纳德对流，并验证了其特异性。结果，每个流场都完全不同，并且发现特别是在氦气中，几乎没有对流的热传导是主要流场。 2）计算了超/亚临界二氧化碳在微型换热器中的自然对流并验证了其流场。结果，证明了由于超临界状态和亚临界状态之间存在显着的密度差异而形成相当高速的自然对流场的可能性，并且我们获得了开创性的知识，这将导致创建基于一个新的想法是成功的。这些研究成果将在六月举行的欧洲计算力学会议（ECCOMAS）和国际计算流体动力学会议（ICCFD）上公布。他还向《Int. J. Heat and Mass Transfer》和《日本机械工程师学会会议录》提交论文。

项目成果

Preconditioning method for condensate fluid and solid coupling problems in general curvilinear coordinates

• DOI: 10.1016/j.jcp.2005.01.013
• 发表时间: 2005-07
• 期刊: Journal of Computational Physics
• 影响因子: 4.1
• 作者: S. Yamamoto

Proconditioning Method applied to Near-critical Carbon-dioxide Flows in Micro-channel

微通道中近临界二氧化碳流动的预处理方法

• 发表时间: 2005
• 期刊: JSME International Journal 48-3
• 作者: Y.He;Y.Fujikawa;H.Zhang;Y.Mitsuya;K.Fukuzawa;Satoru Yamamoto;Satoru Yamamoto;古澤卓;Satoru Yamamoto;Kei Sakakura;Satoru Yamamoto;石亀晃;矢野慎一;矢野慎一;Satoru Yamamoto;Satoru Yamamoto
• 通讯作者: Satoru Yamamoto

任意条件における任意物質流体が計算できる数値解法

任意条件下计算任意材料流体的数值方法

• 发表时间: 2007
• 作者: Y.He;Y.Fujikawa;H.Zhang;Y.Mitsuya;K.Fukuzawa;Satoru Yamamoto;Satoru Yamamoto;古澤卓;Satoru Yamamoto;Kei Sakakura;Satoru Yamamoto;石亀晃;矢野慎一;矢野慎一;Satoru Yamamoto;Satoru Yamamoto;Satoru Yamamoto;坂倉圭;Kei Sakakura;古澤卓
• 通讯作者: 古澤卓

Numerical and Experimental Predictions of Heterogeneous Condensate Flow of Moist Air in Cooled Pipe

冷却管内湿空气非均相凝结水流动的数值和实验预测

• 发表时间: 2006
• 期刊: International Journal of Heat and Fluid Flow 27-2
• 作者: Y.He;Y.Fujikawa;H.Zhang;Y.Mitsuya;K.Fukuzawa;Satoru Yamamoto;Satoru Yamamoto;古澤卓;Satoru Yamamoto;Kei Sakakura
• 通讯作者: Kei Sakakura

任意物質の熱流動が計算できる前処理型数値解法の開発

开发可计算任意材料热流的预处理数值方法

• 发表时间: 2007
• 期刊: 第85期日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集 I
• 作者: Y.He;Y.Fujikawa;H.Zhang;Y.Mitsuya;K.Fukuzawa;Satoru Yamamoto;Satoru Yamamoto;古澤卓
• 通讯作者: 古澤卓