狭い平行流路を通過する低密度気体のチョーク流れと熱伝達

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650224
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 宮本 政英 山口大学, 工学部, 教授 (20035059)
• Keywords: マイクロチャンネル / チョーク流れ / 低密度気体 / 滑り流れ / 摩擦発熱 / 回復係数 / 断熱壁面温度 / 熱伝達率

Research Abstract

非加熱流路を用いた実測と解析
流路の長さ200mm、幅50mm、隙間(平均値)0.75mm、流路壁面上の温度分布測定点数16、静圧測定孔10を有する流路を完成し、上流タンク圧力が90kPa〜0.4kPaの範囲で(チョーク流れを得るために、下流タンク圧力は上流タンク圧力の1/10以下とした。)、流量、温度分布及び静圧分布の実測を行った。実測された流量を流量係数(等エントロピー流れとの比)の形で表わした結果は、乱流域から滑り流れ域までに渡り、過去に本研究で得られた理論解析結果と良く一致した。静圧分布と壁面温度分布(断熱壁温度に対応する)の実測値から、回復係数の分布を求めた結果は、次のようであった。
1)上流タンク圧力が15kPa程度以上では、流路入り口から出口までの回復係数の分布は、比較的に一様である。上流タンク圧力がより低いと流路中央で低く、下流側では高くなる分布を示す。
2)圧力の高い乱流域では回復係数の値は、0.8〜0.9程度、上流タンク圧力が層流の上限に近い40kPaから20kPa程度ではプラントル数(0.72)に近い値を取り、圧力低下と共に低下する。(乱流域に近い、比較的に圧力の高い場合の回復係数が、本研究の理論的な予測に近い値を示すこと等について、更に無次元量等を用いた詳細な解析と検討が必要である。)
圧縮性境界層方程式に基づいた理論解析
上述の実験と併せて理論解析を行った。摩擦発熱を無視できないチョーク流れのような高速の内部流れの場合における、壁面での熱伝達と粘性発熱及び希薄化との関係を基礎方程式の理論解析により明確にした。

Research Products

• [Publications] M.Miyamoto, W.Shi, Y.Katoh, J.Kurima: "Choked Flow and Heat Transfer of Low Density Gas in a Narrow Parallel-Plate Channel with Uniformly Heating Walls"Int. J. Heat Mass Transfer. HMT3788(印刷中). (2003)
• [Publications] 宮本政英, 石偉, 加藤泰生, 栗間諄二: "狭い平行流路を通過する低密度気体のチョーク流れと熱伝達(一様加熱流路の熱伝達率と摩擦発熱)"第40回日本伝熱シンポジウム. H154(5月28日発表予定). (2003)