Coupling Calculation for Radiative and Convective Heat Transfer and Development of Mist Cooling Technology to Prevent Heat Stroke
| Project/Area Number |
21K14087
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
江目 宏樹 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (80785551)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 消防装置 / ふく射 / ミスト / 散乱性媒体 / ふく射伝熱 / 対流熱伝達 / 熱中症 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、散乱性媒体中のふく射と対流の複合現象を明らかにする。ミスト層のスペクトル選択性と対流場の同時制御技術の確立に取り組む。本研究は、①ふく射伝熱と対流熱伝達のカップリング解析により、ミスト冷却装置における対流現象の解明を目指す。また、②水滴の経時変化に対するスペクトル応答評価により、加熱下のミスト層のふく射遮蔽性能の経時変化を直接測定する。そして、③ふく射吸収量の違いによる対流駆動流動様相可視化により、噴霧ミスト層内に起こる対流場の流動様相を可視化評価する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ウォーターミストによるふく射熱の遮蔽及び流動場の能動的制御の実現を目的とした．ふく射性媒体の非灰色吸収，非等方散乱特性を記述できるふく射伝熱解析コードを用いて，精度検証を行った．灰色非等方散乱性媒体を含んだ系のふく射伝熱解析との比較を行った結果，先行研究と概ね一致した結果が得られ，光線数が800本で精度を担保できることを示した．また，Band数が4 Bandsでも高精度のふく射伝熱解析が可能であることを示した．疑似非等方散乱式を適用した場合，HG位相関数のそれとほぼ同じ温度場とふく射熱伝達を示したため，計算コストを大幅に削減できることを示した．
さらに，その結果をもとにウォーターミストが混入した対流-ふく射の複合伝熱解析を行った．ミストの混入が壁近郊での温度の乱流変動を抑制し，ふく射熱伝達の抑制に貢献することを示した．
また，ウォーターミストの噴霧実験を行いミスト層の透過スペクトルの測定をした．最後にミスト層のふく射輸送解析を行い，実験結果との比較をして評価を行った．ミストの透過スペクトルの測定実験により，光路体積の増加がふく射熱の遮蔽に寄与する可能を示した．定量評価により，最適化した粒径のミスト層は遮蔽率が非常に高いことを示した．光線追跡法によるふく射要素法の解析結果から，実験結果の有用性を確認した．
ウォーターミストを用いた消防装置開発における実用環境下に近い場合のふく射伝熱現象に関する理解が深まった．これらの知見を用いて，可搬自衛噴霧装置や消火ホースなど，消防職員の命を守る技術の開発に貢献できる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ふく射伝熱と対流熱伝達のカップリング解析においてコードを確立し、いくつかの知見が得られている。また、ミストのスペクトル特性評価において、開放型FTIRを購入し、ミスト噴霧のスペクトル測定を達成した。以上から、本研究は「順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の課題として，噴霧されたミストのより詳細な粒度分布を評価する必要がある．また，複合伝熱解析において，直接数値シミュレーション（DNS）の精度検証をより高める必要がある．また，本研究では，現状，水滴の蒸発の影響を無視している．そこで今後，周囲環境からの伝熱のミスト層への影響の把握のため，水滴の経時変化に対するスペクトル応答評価を行う．また，ミスト全体の蒸発モデルの実装に先駆け，単一水粒子の蒸発過程と共に，蒸発過程における水粒子のふく射特性の変化を再現できるコードを実装する．ふく射伝熱を考慮した単一水粒子の蒸発過程に関する知見を得た後，ミスト全体の蒸発モデルの実装を目指す．
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
