2003 Fiscal Year Annual Research Report

磁化力対流

Research Project

Project/Area Number	12450313
Research Institution	KYUSHU UNIVERSITY
Principal Investigator	尾添紘之九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (10033242)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	鎌倉勝善富山工業高等専門学校, 教授 (40042832) 赤松正人秋田県立大学, システム科学技術学部, 助手 (40315320) 田川俊夫九州大学, 先導物質化学研究所, 助手 (90294983)
Keywords	磁化力 / 強磁場 / 磁化率 / 超伝導磁石
Research Abstract	磁化力による流体の対流攪拌あるいは対流抑制の制御を目指して、以下の問題を解いた。すなわち、円筒容器の上1/3側壁を加熱、下1/3側壁を冷却、中央1/3ならびに上下ぶたを断熱し、容器と同軸に一本の磁場発生用電流コイルを想定し、このコイルを容器軸方向種々の位置に設定した。流体は、常圧空気(常磁性体)とした。計算条件は磁場強さを表わす無次元数_γRa=β(θ_h-θ_c)r_0^2χ_<m0>^b_0^2/(ανρ_0μ_m)=1.232×10^4,プラントル数Pr=0.71,コイル位置Z_c=0.0〜3.0とした。コイルを容器下面に置いた場合(Z_c=0),極く弱い対流が発生し、平均ヌセルト数Nu≒1.0となった。それに対し、Z_c=2.0の時Nu=6.5,Z_c=3.0の時Nu=1.6となった。これは磁化率の温度依存性によることが明らかになった。この結果、無重力空間においてさえ、磁場を用いることにより、回転機器を用いることなく、通常の空気を攪拌したり、熱伝達を促進したりできることが予測された。一方、物質の多くは磁場に反撥する反磁性体である。そこで次に、この代表的物質として水を取り上げた。反磁性流体の無次元磁化率は密度と磁化率(一定)の積で与えられ、密度が温度に逆比例する特性により磁化力も温度に依存する。これを流体の運動方程式に考慮し、モデル式を導いた。対象とした系は高さHに対し直径3Hの円筒容器とし、下面加熱、上面冷却、側面断熱とした。この容器を超伝導電磁石の磁場発生空間(ボア)に設置したものと想定した。容器高さHの6倍の直径の一本のコイルを想定し、コイル中心より上下方±3.755Hの位置に容器中心がくるように設置した。これに磁場が作用した問題はBraithwaite et al.[Nature,1991]により実験結果が発表されている。上記系を数値解析し、種々の強さの磁場下での収束解を得た。彼等の提案した磁気レイリー数Ra_mに対し、Nuを図示し、古典的なSilvestonの実験データと比較し良好な一致を得、我々のモデル式、解析法が確かめられた。彼らの実験データはSilvestonのデータより約50%下方へずれ、実験誤差が顕著であることが伺われた。

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] P.Filar et al.: "Numerical analysis of air convection in a vertical cylinder supported by strong magnetic field"4th Baltic Heat Transfer Conference. Aug.. (2003)
[Publications] S.Nishida et al.: "Numerical computation for the natural ventilation of air from a vertical open cylinder with a magnetic field"4th Int.Conf. on Compact Heat Exchangers.. Sept.. 55-61 (2003)
[Publications] T.Tagawa et al.: "Numerical computation for Rayleigh-Benard convection of water in a magnetic field"Int.J. of Heat and Mass Transfer. 46-21. 4097-4104 (2003)
[Publications] S.Maki et al.: "Average heat transfer rates measured and numerically analyzed for combined convection of air in an inclined cylindrical enclosure due to both magnetic and gravitational fields"Experimental Thermal and Fluid Science. 27-8. 891-899 (2003)
[Publications] R.Noda et al.: "Enhanced heat transfer rates caused by magnetic field for natural convection of air in an inclined cubic enclosure"Journal of Enhanced Heat Transfer. 10-2. 159-170 (2003)
[Publications] X.Wang et al.: "Numerical computation of the levitation of a water droplet in a strong magnetic field"Proc. of the Int.Conf. on Fluid and Thermal Energy Conversion 2003. Dec.. (2003)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

磁化力対流

Principal Investigator

尾添 紘之 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (10033242)

Research Products

[Publications] P.Filar et al.: "Numerical analysis of air convection in a vertical cylinder supported by strong magnetic field"4th Baltic Heat Transfer Conference. Aug.. (2003)

[Publications] S.Nishida et al.: "Numerical computation for the natural ventilation of air from a vertical open cylinder with a magnetic field"4th Int.Conf. on Compact Heat Exchangers.. Sept.. 55-61 (2003)

[Publications] T.Tagawa et al.: "Numerical computation for Rayleigh-Benard convection of water in a magnetic field"Int.J. of Heat and Mass Transfer. 46-21. 4097-4104 (2003)

[Publications] S.Maki et al.: "Average heat transfer rates measured and numerically analyzed for combined convection of air in an inclined cylindrical enclosure due to both magnetic and gravitational fields"Experimental Thermal and Fluid Science. 27-8. 891-899 (2003)

[Publications] R.Noda et al.: "Enhanced heat transfer rates caused by magnetic field for natural convection of air in an inclined cubic enclosure"Journal of Enhanced Heat Transfer. 10-2. 159-170 (2003)

[Publications] X.Wang et al.: "Numerical computation of the levitation of a water droplet in a strong magnetic field"Proc. of the Int.Conf. on Fluid and Thermal Energy Conversion 2003. Dec.. (2003)

尾添紘之九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (10033242)