密度成層化した2液層間の熱・物質移動に関する研究

两密度分层液层间的传热传质研究

基本信息

批准号：
06452183
负责人：
棚沢一郎
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

温度および濃度を異にする2つの液体が、容器内で安定に密度成層を形成している状態に対して、容器壁面を通しての入熱があると、2液層内で自然対流が発生し、2液層境界面を通して熱・物質移動が生じ、最終的には両液層の密度差が低減することによって両層が急激に混合するにいたる。本研究は、このような現象、いわゆるロールオーバー(反転)現象を引き起こす基本的メカニズムとして重要と考えられる、2液層界面での熱・物質移動の解明を目的とする。具体的には、密度成層化した2液層の入った容器の壁面を加熱した場合に生ずる流動および熱・物質移動について、とくに2液層間の界面付近で生ずる現象の観察・解明に重点をおいて、数値解析および可視化実験を行った。その結果、数値計算では、加熱開始直後から2液層内にそれぞれ別個の自然対流(ロールセル状)が発生するが、下層壁面に沿って上昇する境界層流れが、しだいに上層に侵入し、時間とともにその度合いが強まり、やがて上層表面(自由液面)に到達するようになると、急激に両層液が混合し始めることがわかった。一方、エチルアルコール水溶液あるいは食塩水を用いた可視化実験においても、上述のものと同様の現象が観測され、密度成層化した2液層の混合に当たって、下層液の壁面に沿う流れの上層への侵入が重要なメカニズムの一つであることが確認された。また、これとは別に、レーザーホログラフィ干渉法を用いて2液層界面付近の屈折率分布を可視化することによって、界面を通しての熱および物質移動量を求めた。その結果、熱流束および物質流束と両液層間の温度差・濃度差の関係が求められた。

在这种状态下，两种不同温度和浓度的液体在容器中形成一个稳定的密度层，当热量通过容器的壁输入热时，自然对流发生在两个液体层中，导致热量和质量传递通过两个液体层的边界表面发生，最终导致两个液体差异之间的密度差，导致两层混合在一起。这项研究旨在阐明两液层层的界面的热量和传质，这被认为是引起这种现象的基本机制，即所谓的倒车（反转）现象。具体而言，进行了数值分析和可视化实验，重点是观察和阐明当含有密度施加的两液层的容器的壁表面的壁表面加热时，尤其是当两个燃料层之间的界面附近发生的现象发生时，就会发生。结果，在数值计算中，加热开始后的两个液体层内发生了单独的自然对流（滚池状），但是随着边界层沿着下壁表面的流动逐渐上升，逐渐渗透到上层，随着时间的推移，该水平随着时间的推移而增加，最终到达上层层表面（自由液体表面），两种液体开始迅速混合。另一方面，在使用水性乙醇或盐水的可视化实验中，观察到与上述相同的现象，并且可以证实，沿下部液体的壁表面渗透到流动的上层渗透是将两液层与密度分层混合的重要机制之一。另外，通过使用激光全息干涉法可视化两液层界面附近的折射率分布来确定通过界面的热量和传量。结果，确定了热通量和材料通量与两个液体层之间的温度和浓度差异之间的关系。