多孔質層内熱輸送の微視的および巨視的考察と統一的モデリング

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450085
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 中山 顕 静岡大学, 工学部, 教授 (60155877)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桑原 不二朗 静岡大学, 工学部, 講師 (70215119)
• Keywords: 多孔質 / 熱伝達 / 透過率

Research Abstract

多孔質体内熱輸送について、微視的観点から可視化実験および直接的な数値計算によるアプローチを試みた。PIV法の多孔質体内流動場の定量的測定への導入の可能性を探り、これまで測定が困難でありいまだ確定的でなかった多孔質体内乱流場のレイノルズ数範囲について、レイノルズ数が1000を超える範囲にあっても非定常層流場であることを示した。より高いレイノルズ数範囲の測定に対する予備実験により、高速度ビデオと高出力YAGレーザにより定量的測定が可能であることがわかった。
また、熱移動をあらわす巨視的モデルである二エネルギー方程式において様々な角度からの検討を行った。これまで実験的手法により決定されてきた界面熱伝達率を数値実験より気孔率およびレイノルズ数に対する相関式として示した。また、通常の勾配拡散モデルに対し、他相の温度勾配の項の影響を加味したより厳密な巨視的モデル式を対流場まで拡張し、助走区間などの温度予測においての重要性などを示した。
この巨視的モデルを一般的熱交換器に導入する際、熱交換器を多孔質体と見ることで、空間共有の概念を導入するアイデアを示し様々な熱交換器内の熱流動場の予測が可能であることを示した。通常の熱交換器内のフィン列の配列および形状には強い非等方性があるため、透過率、見かけの熱伝導率および界面熱伝達率に非等方性の導入が必要であることに注目し、巨視的流れ方向と配列の方向の傾きの効果を含む非等方多孔質体に関する巨視的方程式群を導いた。

Research Products

• [Publications] 桑原不二朗: "多孔質体二エネルギ方程式モデルの界面熱伝達率"第37回日本伝熱シンポジウム講論集. Vol.3. 955-956 (2000)
• [Publications] 桑原不二朗: "多孔質体内熱及び物質移動の1次元モデル"日本機械学会2000年年次大会 8月4日.. (2000)
• [Publications] 直木篤弘: "多孔質概念に基づく熱流体解析"関東支部山梨講演会 10月28日.. (2000)
• [Publications] 桑原不二朗: "多孔質体内熱流動の界面熱伝達率に関する数値実験"第13回計算力学部門講演会学術講演プログラム. (2000)
• [Publications] 桑原不二朗: "多孔質概念に基づく熱交換器の熱流体解析"第38回日本伝熱シンポジウム講論集. (2001)
• [Publications] 杉山真純: "多孔質体の非熱平衡モデルに関する一考察"第38回日本伝熱シンポジウム講論集. (2001)