流れ中におかれた回転体の低レイノルズ数域(遷移領域)での熱伝達に関する研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04805021
• Research Institution: Ishinomaki Senshu University
• Principal Investigator: 島田 了八 石巻専修大学, 理工学部, 助教授 (30091698)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 足立 岳志 石巻専修大学, 理工学部, 助手 (60222626)
• Keywords: 対流熱伝達 / 回転円柱 / 複合対流

Research Abstract

交流安定化電源を用いて風洞の流速を安定に制御し、風洞の乱れ度や流速の一様性などの検討を行ない風洞の手直しを行なった。また、回転円柱の実験装置を作成した。そこで、フライホイールなどを使用して回転体の変動を極力小さくし、マッハツェンダ干渉計を用いて温度場を可視化しながら静止円柱の自然対流熱伝達と強制対流熱伝達を他の研究者の結果と比較し、装置の妥当性を確認した。さらに強制対流のある条件では、ハイスピードビデオで温度場を観察した結果と干渉じま写真を同一条件で連続的に撮影した結果より、円柱表面上の熱伝達は時間的に大きくは変動していないことを確認した。また三次元流れの影響も同様に局所ヌセルト数分布を変えるほどでないことを確認した。以上のことをふまえて一様流中の回転円柱の熱伝達に関し、主流、回転、自然対流の各要素が複合する領域(本実験範囲はRed=0〜3×10^3、Rer=0〜3×10^3、Grd=4.8×10^4〜2.6×10^5)で実験を行ない以下のことが明らかになった。ここで臨界回転レイノルズ数について自然対流域、強制対流域、複合対流域で分けて定義した。 (1)主流レイノルズ数Redが1000以上では自然対流の影響がほとんど現れない。 (2)主流レイノルズ数が1000以上でさらに回転レイノルズ数以上では平均ヌセルト数は静止円柱の強制対流の値になる。 (3)回転レイノルズ数Rerが主流レイノルズ数の2倍以上ではNum=0.055Rer^<0.7>(1+8Grd/Rer^2)^<0.35>の式に一致している。 (4)主流レイノルズ数が1000以下では回転レイノルズ数が主流レイノルズ数の2倍のとき最も熱伝達が悪くなる。臨界回転レイノルズ数近傍で熱伝達が悪くなっている。

Research Products

• [Publications] 島田 了八: "一様流中におかれた回転円柱の熱伝達" 日本機械学会論文集. 57. 210-216 (1991)
• [Publications] Ryohachi Shimada: "Heat Transfer from a Rotating Cylinder with and without a Cross flow" Heat Transfer Japanese Research. 21. 109-122 (1992)