2016 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 / チューブバンク / 熱交換器 / ヒートシンク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は、(1)水平加熱円柱を水平から一定の傾斜角θを有する平面上に等間隔Gで一列に配置した円柱列および(2)水平加熱円柱を水平および垂直方向に一定な間隔Gh,Gvで格子状に配置した円柱列まわりに生じる自然対流について伝熱実験を行った。そのうち(1)については、常温の空気中に10本の円柱(d=8.4,14.4mm)を間隔G=3.6－20.6mmで、θ= 0, 30,45,60,75,90°の傾斜面上に設置した場合について実験を行った。その結果、円柱のヌセルト数は水平円柱列で極大、垂直円柱列で極小となり、傾斜円柱列では両者の中間値を示すこと。傾斜円柱列の最外側を除く円柱のヌセルト数NuGはパラメータRaG*(G/d)を用いて整理でき、傾斜角θが75°以下では円柱の設置位置によらず一本の曲線上に、またθが75°以上では円柱の設置位置ごとに一本の直線上にまとまることが分かった。ここで、NuGおよびRaG*は間隔Gを代表長さとするヌセルト数および修正レイリー数である。一方、(2)については、空気中に加熱円柱(d=8.4,14.4mm)を水平方向に10本、等間隔Ghで配置し、この円柱列を垂直方向に5段、間隔Gvで格子状に配置した場合について、各円柱のヌセルト数を測定した。その結果、円柱群の最下段に設置された水平円柱列のGv基準の平均ヌセルト数NuGvは、Gvを代表長さとする修正レイリー数RaGv*と(Gv/d)の2乗との積RaGv*(Gv/d)＾2で予測できること。一方、バンクの2段目から5段目に設置された円柱の円柱のヌセルト数NuGvは、Gvを代表長さとする修正レイリー数RaGv*と、Gv,Ghと円柱直径dの比の積[RaGv*(Gv/d)(Gh/d)]で予測できることを明らかにした。
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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・複数列格子状に配置されたチューブバンク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、平成29年度は水平加熱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を主な対象として、円柱の水平方向および垂直方向間隔Gh、Gvをさらに広い範囲で変化させた場合について、チューブバンク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、その実験に取り掛かっている段階にあり、平成28年度に得られたチューブバンクの伝熱に関する無次元整理法のさらなる一般化を目指す予定である。また、円柱を千鳥格子状に配置した場合について同様な伝熱実験を行い、円柱配置によりチューブバンクの伝熱相関式が変化するか否か調べる予定である。
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| Causes of Carryover |
平成28年度までは比較的少数の加熱平板列や円柱列を主対象に熱伝達率を測定していたために、申請者が現在保有している測定機器を使用することで熱伝達率の測定が可能であった。これに対して、平成29年度は多段・多列の平板列や円柱列を対象とした実験を遂行することを計画しており、新たに試験用円柱を数多く購入し、かつ、多点かつ高速の温度計測用装置を購入する必要があることから、研究費を残しておく必要があった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年度は、多段、多列のチューブバンクの伝熱実験を遂行するために、市販の円柱状カートリッジヒータを50～100本程度新たに追加購入する予定である。これらの試験円柱は1本1～2万円程度の価格である。また、これら多数の試験円柱の熱伝達率を計測するには、多点かつ高速の温度計測システムを新規に購入する予定である。さらに本年度は科研実施期間の最終年度に当たることから、学会発表のための旅費および論文掲載料に充当する計画である。
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Research Products
(2 results)
