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

2001 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, 助教授 (70215119)
• Keywords: 多孔質 / 非等方性 / 熱伝達 / 透過率 / PIV計測

Research Abstract

人工的多孔質に多く見られる強い非等方性について、微視的支配方程式を空間平均し得られる巨視的支配方程式に対し、新たに非等方性を考慮したモデル定数テンソルの導入を試みた。これまで、透過率など一部に対してわずかな報告があるのみであった多孔質体非等方性についての検討について、局所的熱平衡の仮定が成立しない場合にまで拡張した統一的モデリングを示した。また、周期境界条件を用いた微視的数値実験を実施しモデルテンソルの関数形の決定手法を示した。透過率については、これまで報告のあるDullian型の非等方性を示すもののForchheimerテンソルについてはその主軸が一致せず新たな関数形が提案された。
一方、多孔質体内流動場の定量的非定常計測を実施し、微視的非定常流動場の周波数特性の検討を行ったところ、多孔質体内の局所的乱れの生成の様子を明らかにしつつあり、多孔質体内乱流場への遷移挙動の把握へとつながる重要な知見を得ている。
本研究で導出された統一的非等方巨視的二エネルギーモデルを用い、実際の熱交換器を模擬した場への適用を図った。巨視的温度場の予測に対する非等方性の影響について詳細な検討を行った結果、強い非等方性を有する多くの人工的多孔質機器の温度場の予測には、非等方性の加味が無視し得ないことが判明した。

Research Products

• [Publications] 桑原不二朗: "多孔質概念に基づく熱交換器内の熱流体解析"第38回日本伝熱シンポジウム講論集. Vol.1. 103-104 (2001)
• [Publications] 桑原不二朗: "二次元多孔質体内流動場のPIV計測"日本機械学会熱工学講演会No.01-9講演論文集. 67-68 (2001)
• [Publications] 梅本貴広: "非等方人工多孔質体の熱流動のモデリング"日本伝熱学会東海支部講演会. (2001)
• [Publications] F. Kuwahara: "A numerical study of interfacial convective heat transfer coefficient in two-energy equation model for convection in porous media"Int. J. Heat Mass Transfer. Vol. 44. 1153-1159 (2001)
• [Publications] A. Nakayama: "A three-energy equation model based on a volume averaging theory for analyzing complex heat and fluid flow in heat exchangers"Proc. ICECA'2001. 506-512 (2001)
• [Publications] 桑原不二朗: "非等方多孔質構造体内熱流動のモデリング"第39回日本伝熱シンポジウム講論集. (2002)