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

2002 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し統一的モデリングを構築した。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、局所的熱平衡の仮定が成立しない場合も含め、三次元多孔質体モデルに対し適切で新しい温度場の周期境界条件を提案し採用することで微視的数値実験を可能にし、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、三次元場の非等方性を明らかにした。また、見かけの熱伝導率の増分を表す、熱分散に関し、その非等方性を検討するとともに、界面熱伝達率に関するモデルテンソルの関数形を提案するに至った。
一方、多孔質体内流動場に対してより正確な定量的非定常計測への改良を試み、微視的非定常流動場を精度よく計測することに成功した。周波数特性の検討などさらなる検討が必要ではあるが、多孔質体内局所的乱れ生成の様子を明らかにできる貴重な実験データを獲得するに至った。
本研究で導出された統一的非等方性多孔質体に対する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拡張の結果、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] 中山顕: "Heat and Fluid Flow Within an Anisotropic Porous Medium"Journal of Heat Transfer. 124. 746-753 (2002)
• [Publications] 中山顕: "A volume averaging theory and its sub-control-volume model for analyzing heat and fluid flow within complex heat transfer equipment"Proc.of the 12th international heat transfer conference, 2002. 851-856 (2002)
• [Publications] 中山顕: "A Three-dimensional Subscale Model for Heat and Flow through a Highly Anisotropic Porous Medium"Proc. of the 6th ASME-JSME Joint Conference. (発表予定). (2003)
• [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演論文集. III. 781-782 (2002)
• [Publications] 許国明: "THE CONCEPT OF KNOWN-VELOCITY BOUNDARY FOR AUTOMATIC SETTING OF BOUNDARY CONDITIONS"Int.Comm.Heat Mass Transfer. 29. 335-343 (2002)
• [Publications] 中山顕: "異方性多孔質内三次元熱流動の数学モデル"第40回日本伝熱シンポジウム. (発表予定). (2003)