空間不均一微小擾乱による二次元冷却噴流の拡散制御

• Project/Area Number: 16760148
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 榊原 潤 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 助教授 (10292533)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2005: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2004: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
• Keywords: 噴流 / エアカーテン / 乱流制御 / PIV

Research Abstract

本年度は二次元冷却噴流の初期せん断層にスパン方向・時間方向に周期的な擾乱を与え、PIVによって速度場の詳細を計測すると共に、細線熱電対温度センサーによって噴流各部の温度を計測し、噴流への熱の出入りを調べた。
励起状態下擾乱位相差φ=πにおいて、噴流速度分布を積分して得られた平均流量は非励起時に比して全体的に小さい値となった。特に、噴流下流部(x/B=40)での平均流量は非励起時の77%程度に抑えられた。励起によって噴流せん断層外縁に発生する渦の発達が抑制され、周囲流体からのエントレインメントが減少したのが主な要因である。
x方向流速のRMSを求めた結果、φ=π/2、πの擾乱条件では噴流せん断層外縁に強い速度変動は確認されるものの、その範囲は非励起時よりも狭く、噴流中心軸付近では速度変動が非常に小さくなった。この状態はx=20B付近まで持続した。
温度場の境界条件は噴流出口温度およびエントレインメント熱流束をそれぞれ一定とした。噴流出口温度と熱交換機への回流温度の差に基づいた熱通過率hを定義し、周囲流体からの熱の供給を評価したところ、励起条件φ=πでは非励起時と比べhが5%程度低減されることが明らかとなった。このことにより、条件φ=πでは熱の噴流中心軸方向への入り込みが非励起時に比べて抑制されることが実証された。本結果は冷却エアカーテンの高効率化に資するものである。