一様な下降流中に置かれた水平加熱円板上の共存対流について

均匀向下流动的水平加热盘上的共存对流

基本信息

批准号：
06650245
负责人：
北村健三
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06650245/
关键词：
共存対流自然対流強制対流熱伝達水平円板可視化

项目摘要

本研究は、水平な加熱円板から立ち昇る自然対流に対し逆向き、すなわち鉛直下方に一様な強制対流を流した、いわゆる共存対流の流動および熱伝達を実験的に解明したものである。まず、加熱円板上の流動および伝熱特性を包括的に把握するため、水を試験流体として伝熱面まわりの流れを染料で、また伝熱面表面温度を感温液晶シートでそれぞれ可視化した。可視化は、直径D=22mmの円筒ダクト内に直径d=100および50mmの等熱流束加熱円板を水平上向きに設置した場合を対象に行った。その結果、純自然対流時には層流境界層流が円板外周部に生じ、ついでこの境界層流が3次元的にはく離し、筋状の流れとなって円板中心部にまで達した後、鉛直上方に流れ去ることが確認された。一方、鉛直下方に強制対流を印加すると、円板中心部に強制対流によるよどみ域が生じ、流速の増加と共に急速にこの領域が拡大していくことが明らかになった。このよどみ域の拡大に伴って、上述の自然対流が支配する領域は次第に縮小し、遂には円板表面全体が強制対流支配となることが確認された。これらの可視化結果を参考にして、円板の半径および周方向の局所熱伝達率の測定を行った。その結果、純自然対流時には上述の3次元はく離と筋状流れの発生に伴って、熱伝達率は半径方向だけでなく周方向にも大きく変化することが確認された。これに対して、強制対流を重畳させると自然対流が支配的な円板の外周部では、局所熱伝達率は相変わらず半径、周方向ともに変化するが、強制対流が支配的な円板中央部ではほぼ一定な熱伝達率が実現されることが解った。また、これらの可視化および局所熱伝達率の測定結果をもとに、円板上の強制および自然対流支配域の一般的な領域判別法を提案すると共に、一様な熱伝達率を得るための条件を明らかにした。なお、これらの結果の詳細については、近く講演論文として発表する予定である。

这项研究在实验中阐明了所谓共存对流的流量和热传递，其中均匀的强制对流朝与从水平加热盘相反的自然对流方向朝相反的方向流动，即垂直方向。首先，为了全面地掌握加热盘上的流量和传热特性，用水用作测试液，使用染料和使用温度敏感的液晶薄片可视化热传递表面周围的流动。当直径为d = 100的等温通量加热盘时进行可视化，将直径为直径为d = 22 mm的圆柱管中水平安装。结果，已经证实，在纯自然对流期间，层层边界层流在盘的外围外围，然后该边界层流在三维上分离，以条纹到达盘的中心，然后垂直向上流动。另一方面，当垂直向下应用强制对流时，由于强迫对流而导致的停滞区域发生在椎间盘的中心，并且已经发现该区域随着流速的增加而迅速扩展。随着停滞区域的扩展，由自然对流逐渐收缩的区域逐渐收缩，并且已经证实，整个磁盘表面被强迫对流占主导地位。使用这些可视化结果作为参考，测量了圆盘的半径和圆周方向的局部传热系数。结果，可以证实，在纯自然对流中，热传递系数不仅在径向方向上，而且由于上述三维脱离和条纹流的发生而在圆周方向上发生变化。另一方面，当强迫对流被叠加时，局部传热系数在自然对流占主导地位的盘外圆周的外圆周上保持不变，但是已经发现，在圆盘中心的强制对流主导的圆盘中心可以实现几乎恒定的传热系数。此外，根据这些可视化和局部传热系数测量结果，提出了一种确定在盘上主导的强制和自然对流面积的一般方法，并阐明了获得均匀传热系数的条件。这些结果的详细信息将很快在演讲论文中介绍。