タービン動翼内部冷却における局所乱流熱伝達の計測および直接数値シミュレーション

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455091
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 望月 貞成 東京農工大学, 工学部, 教授 (10013715)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村田 章 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 助教授 (60239522)
• Keywords: 乱流熱伝達 / 伝熱促進 / リブ / 回転場 / コリオリカ / 直接数値解析

Research Abstract

本研究では,回転場における乱流熱伝達を支配する乱流構造を明らかにするために,これまでの平滑管およびこれから行うリブ付き管の実験結果を基礎データとして,乱流の直接数値シミュレーションを行い,コリオリカ,遠心加速度場における浮力,そしてリブが矩形管内の乱流構造に及ぼす影響を詳細に把握することを目的とする.以下に実験および数値解析で得られた結果についてそれぞれ説明する.
○乱流熱伝達実験(担当 望月) 矩形往復流路および正方形直管流路それぞれのテストセクションを用いた平滑管およびリブ付き管の実験を行った.リブは主流に対して90度の角度で設置した.正方形直管流路については,周方向への局所熱伝達率分布を計測でき,回転,リブの付加,および主流の向きによる熱伝達率分布の変化の様子を定量的に捕らえることができた.また,矩形往復流路の平滑管の場合には,回転および曲がり部の影響を局所熱伝達率分布の変化として,またリブ付き管の場合にはリブ間で極大値をとる熱伝達率分布が周期的に繰り返される様子および曲がり部で平滑間に比べ熱伝達率が減少する様子が観察された.
○直接数値シミュレーション(担当 村田) 数値解析では,乱流モデルを用いないスペクトル法および差分法を用いた直接数値シミュレーションを行った.回転場における矩形管内乱流熱伝達の数値解析を行うための準備として,平行二平板間流れについての解析を行った.浮力項を無視し,主流および幅方向にフーリエ級数で展開し周期境界条件を用い,主流に垂直な面内には差分法で解析した.また,浮力項導入の準備として主流方向へも差分法を用いた場合の解析も行った.従来の直接計算の結果と定性的には一致した.