脈動流場における熱・物質輸送特性およびその制御性に関する基礎研究

脉动流场传热传质特性及其可控性基础研究

• 批准号: 15760139
• 负责人: 齊藤 弘順
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Sojo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760139/
• 关键词: 脈動流; 流れの可視化; 温度場の可視化; 境界層; 渦; 熱伝達率; 熱伝導率

本研究は内部流れを対象に、脈動流場を決定づける諸因子(平均流量、脈動のモード、周波数、振幅)による速度および圧力の変動が壁面近傍の速度・温度境界層に及ぼす影響を実験的に調べ、定常流中に内在する乱れと大規模な流量変動との相互干渉のメカニズムを解明することを目的としている。研究期間の最終年度である平成17年度はこれまでの総括として、特に平成16年度に得られた実験結果を中心に輸送現象に関する国際会議(ISTP16:16^<th> International Symposium on Transport Phenomena ; H17.8.29〜9.1,プラハにて開催)において発表した。矩形管に平板を挿入(熱交換器やフィンの単純化幾何学モデル)したテストセクションを用い、特に脈動周波数が流れと熱伝達に及ぼす影響について着目して流れの可視化実験および温度場の可視化実験を行った。その結果、層流域においては、時間周期的に流量が変動することにより、流路幅方向に流速の大きな領域と小さな領域が交互に現れ、その速度差によって比較的小さな渦が多数形成されることが明らかとなった。この渦を伴う流れと大規模な流量変動とが互いに干渉しあい、非常に複雑な流れ場となることを示した。また、カラーシュリーレン法により温度境界層の時間変動を動画として記録し、それを時間分解データに分割し、瞬時瞬時の局所温度境界層厚さを計測することで脈動流場における伝熱促進(定常流と比較して)の様相を定量評価した。流れ場および温度場の両可視化結果を照らし合わせた結果、上記様々なスケールの渦を伴う複雑な流れにより、総じて脈動流の方が高い熱伝達率が得られるが、流路入口近傍(平板先端付近)では流れの脈動によって伝熱が抑制されることがわかった。この特徴は周波数が大きくなる程顕著に現れた。これは流路入口近傍では、時間平均的には局所的に流体速度が小さくなった(渦による逆流成分の影響)ためと考えられる。本論文は同会議においてベストペーパーの一つに認められ、IJTP (International Journal of Transport Phenomena)への掲載が決定した。現在、同雑誌掲載原稿の校正中である。

这项研究的目的是通过确定脉动流动场（平均流量，脉动模式，频率，频率，振幅）在壁表面附近的速度和压力上的波动在速度和压力中的影响进行实验研究，并阐明稳态流动和大型湍流中湍流之间相互干扰的机制。 2005年研究期的最后一年是迄今为止的摘要，2004年获得的实验结果在国际运输现象研讨会上介绍（ISTP 16：16^<TH>国际运输现象研讨会；在布拉格举行，在布拉格举行，于2004年8月29日至9月1日在布拉格举行）。使用插入矩形管（简化热交换器和鳍片的几何模型）的板的测试部分，我们进行了流动可视化实验和温度场可视化实验，尤其是侧重于脉动频率对流量和热传递的影响。结果，已经揭示了在层流盆地中，流速随着时间的流逝而波动，流速会导致交替区域在流动路径宽度方向上具有较大和小区域的交替区域，并且速度的差异导致许多相对较小的涡流。这表明伴随涡流和大规模流动波动彼此干扰，导致流场非常复杂。此外，使用Schlieren方法将温度边界层的时间变化记录为视频，分为时间分辨数据，并瞬时测量了局部温度边界层厚度，以定量评估脉动流场中传热促进的方面（与稳定流动相比）。当比较流场和温度场的可视化结果时，发现，尽管具有各种尺度的涡流的复合流程通常会产生较高的脉动流量传热系数，但流动脉冲抑制了流通通道入口附近的热传递（在平板的尖端附近）。随着频率的增加，此功能变得更加明显。这被认为是因为流体速度在流动路径入口附近的时间平均值上局部降低（涡流引起的回流成分的效果）。本文被认为是会议上最好的论文之一，并决定在《国际运输现象杂志》（IJTP）中发表。目前，手稿正在杂志上校对。

项目成果

FLOW AND HEAT TRANSFER AROUND THE FLAT PLATE INSTALLED IN A RECTANGULAR DUCT WITH FLOW PULSATION

安装在具有脉动的矩形管道中的平板周围的流动和传热

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc.CD of 16th International Symposium on Transport Phenomena (International Journal of Transport Phenomena (掲載決定;投稿中)
• 作者: 中別府修;宮田悠也;Hironori SAITOH
• 通讯作者: Hironori SAITOH