砕波を伴う風波乱流場での熱輸送に及ぼす液滴の効果

破碎波风浪湍流场中液滴对热传输的影响

• 批准号: 10J00825
• 负责人: 藤田 彰利
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J00825/
• 关键词: 球周り流れ; 抗力係数; 熱輸送; 浮力; 直接数値計算

地球温暖化のメカニズムを解明する上で、地球表面の約7割を占める海洋と大気間の熱移動を正確に評価することは極めて重要である。しかし、大気海洋循環モデル(GCM)を用いた地球の温暖化の長期予測の信頼性は必ずしも高くはない。その原因の一つとして、大気と海洋の間の熱交換に及ぼす海洋上の飛散液滴の影響が正確に評価できていないことが挙げられる。海洋の風波気液界面が砕波することにより生じる多数の液滴は、温度が大気温度と異なるうえ、蒸発による熱損失を伴うため、従来から大気・海洋間の熱交換に多大な影響を及ぼすことが示唆されてきたが、未だにその影響を定量的に評価した研究はない。申請者はこれまで、相対湿度の影響を考慮した単一液滴の気液界面を通しての熱および物質の移動について、三次元直接数値計算(DNS)および実験の両面から考察してきた。しかし、これまでのDNSでは流体の密度が一定という仮定を与えていたため、温度変化に伴う流体の密度変化が考慮できておらず、その結果の実用場への適用範囲は限られていた。そこで本年度は、液滴と周囲流の温度差が大きい、より実環境に近い条件下での計算を可能にするため、温度変化に伴う流体の密度や粘性などの物性値の変化、および浮力の効果を厳密に考慮可能なDNSコードを新たに作成し、このコードを用いて球周りの流れ特性に及ぼす固体球と周囲気体間との熱移動の影響について検討を行った。なお、本研究は第一ステップとして、液滴ではなく固体球として計算を行い、既往研究と比較することによって、計算コードの精度検証を行った。その結果、球周りの流動場および球と周囲気体間の熱移動は、球近傍の温度変化に伴う物性変化の影響を強く受けることを明らかにした。このことより気流中の粒子運動および球と周囲気体間の熱移動をより正確に予測するためには、粒子と周囲気体の温度差までをも考慮することができる新しいモデルの開発が必要であることが新たに示された。

为了阐明全球变暖的机制，准确评估覆盖地球表面约 70% 的海洋与大气之间的传热极为重要。然而，利用大气-海洋环流模型（GCM）对全球变暖进行长期预测的可靠性并不一定高。造成这种情况的原因之一是海洋上的空气飞沫对大气与海洋之间热交换的影响尚未得到准确评估。海洋中风-浪-气-液界面处波浪破碎产生的大量液滴，其温度与大气温度不同，并伴随蒸发热量损失，传统上对热量产生显着影响已经有人提出大气和海洋之间的交换，但仍然没有定量评估其影响的研究。迄今为止，申请人已经通过三维直接数值计算（DNS）和实验考虑了通过单个液滴的气液界面的热和质量传递，并考虑了相对湿度的影响。然而，传统的DNS假设流体的密度是恒定的，因此无法考虑由于温度变化引起的流体密度的变化，结果的实际应用范围受到限制。因此，今年，为了能够在更接近实际环境的条件下进行计算，即液滴与周围流动之间存在较大温差，我们将研究温度变化导致的流体密度和粘度等物理性质的变化，以及浮力的变化，我们创建了一个可以严格考虑影响的新DNS代码，并使用该代码来研究固体球体与周围气体之间的传热对球体周围流动特性的影响。作为本研究的第一步，我们使用固体球代替液滴进行计算，并通过与之前的研究进行比较来验证计算代码的准确性。结果表明，球体周围的流场以及球体与周围气体之间的传热受到与球体附近温度变化相关的物理特性变化的强烈影响。因此，为了更准确地预测气流中的粒子运动以及球体与周围气体之间的传热，有必要开发一种甚至可以考虑粒子与周围气体之间的温差的新模型。被新展示。

项目成果

球周りの流れ特性に及ぼす熱移動の影響

传热对球体周围流动特性的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: 山田吉宏;土屋英昭;小川真人;山田吉宏;山田吉宏;穴見真実子・塵里童型・黒瀬良一・小森悟
• 通讯作者: 穴見真実子・塵里童型・黒瀬良一・小森悟