2015 Fiscal Year Research-status Report
複数段・複数列配置された熱源まわりの自然対流の伝熱特性とその予測手法の確立
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15K05823
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
北村 健三 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20126931)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 対流伝熱 / 自然対流 / 分散熱源 / 熱交換器 / ヒートシンク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は、垂直加熱平板および水平加熱円柱を、垂直方向に一定の間隔で一列に配置した平板列および円柱列について伝熱実験を行った。これらの体系は、プレートフィンあるいはピンフィン型熱交換器やヒートシンクなどの熱機器で重要となる体系であることから、今まで数多くの実験や解析が試みられている。その結果によれば、平板や円柱間隔が狭いときには、上流側の平板や円柱で加熱され高温となったプルームが下流側の平板や円柱近傍に流れ込むため、下流側平板や円柱の伝熱が単独平板・円柱のそれより劣化すること、一方、間隔が広くなると、プルームの速度効果により、下流側の平板や円柱の伝熱が単独平板・円柱よりも促進されることが分かっている。しかし、下流側平板や円柱からの伝熱がどのような無次元パラメータに支配されるか、また、その伝熱特性を定量的かつ一般的に予測する相関式は現在も不明のままであった。そこで、本研究では、等熱流束条件で加熱した平板列および円柱列を対象に、列中に設置された各平板・円柱の平均熱伝達率を測定し、この平均伝達率を種々のパラメータで無次元整理してみた。その結果、平板および円柱の平均熱伝達率から間隔Gを代表長さとする平均ヌセルト数NuGを求め、Gを代表長さとする修正レイリー数RaG*と、間隔Gと熱源の代表長さの比(G /L)の積、RaG*(G /L )を横軸にとって両対数平面上にプロットすると、両者の間に直線関係が成立することが分かった。この結果は、垂直一列平板列および円柱列のいずれの場合も、熱源の平均ヌセルト数が無次元パラメータRaG*(G /L)により記述できることを示しており、重要な結果といえる。そこで、本年度はこれらの結果をまとめて2報の査読付き論文に出版公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本申請課題では、複数段・複数列配置された熱源まわりの自然対流の伝熱特性を支配する無次元パラメータの導出および各熱源まわりの伝熱量を定量的に予測する相関式を提案することを最終的な目標としている。本年度は、この目標を達成する上で必要となる垂直方向に複数段配置された一列平板列および一列円柱列の伝熱特性を支配する無次元パラメータの導出および伝熱相関式を提案することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究成果を踏まえ、今後は加熱平板および円柱を垂直および水平方向に複数段・複数列配置した場合について、熱源まわりの流れの可視化および伝熱実験を遂行する予定である。現在、その予備実験に取り掛かっている段階にあり、熱源まわりの伝熱特性に対しては、水平方向の熱源間隔よりも垂直方向の熱源間隔がより支配的な影響を及ぼすとの結果が得られつつある。
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| Causes of Carryover |
研究の遂行上、計測機器および消耗品類が当初予定していたよりも少額で済んだため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は更に多点の温度計測が可能な計測機器およびカートリッジヒータをはじめとする多くの消耗品類を必要としており、その購入に充てる予定である。
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