2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of heat transfer mechanism of pulsating flow in a pipe by quantitative infrared high-speed imaging
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16K06142
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
中村 元 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (80531996)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 俊輔 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (90516220)
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| Project Period (FY) |
2016-10-21 – 2019-03-31
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| Keywords | 強制対流 / 伝熱促進 / 脈動流 / 非定常測定 / 赤外線カメラ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
管内流の伝熱促進（あるいは抑制）を目的として，円管内流に矩形波状の脈動を与えた実験を行った．伝熱測定には申請者が開発した赤外線高速イメージング定量測定法を用いた．当該年度に実施した具体的内容を以下に示す．
１．圧力損失評価の応答性改善：加減速を伴う流れ場において圧力損失の変動を評価するためには，差圧変動および流量変動を同時に測定する必要がある．そのため，差圧測定に関しては応答性の良い差圧計を導入するとともに，導圧管の径および長さを調整して共振の影響を抑制し，妥当な差圧変動を測定できることを確認した．また，流量測定に関しては応答性の良い電磁流量計を導入するとともに，バルス信号からDC信号への変換を後処理で行うことにより，0.1秒以下の時間遅れで流量変動の測定が可能であることを確認した．これにより，脈動流における圧力損失の変動を，0.1秒程度の応答速度で評価することが可能になった．
２．伝熱促進予測のための定式化：流れの急加速時，急減速時に見られる熱伝達変動の遅れ（タイムラグΔtおよび一時遅れ時定数τ）を定式化するため，測定条件を追加して実験を行った．その結果，Δtは壁摩擦速度と動粘性係数を用いて，τは壁摩擦速度と円管半径を用いて定式化可能であることを示した．これにより，流れの急加速と急減速で構成される脈動流において，加速後と減速後のレイノルズ数，および脈動条件（脈動周期とデューティ比）を与えれば，伝熱促進を予測できる可能性が示された．
今後は，３．の定式化の精度を上げて脈動流の伝熱促進の予測を可能にするとともに，実際に脈動実験を行い，伝熱促進（あるいは抑制）にとって最適な脈動条件を明らかにする予定である．同時に，脈動の各位相における伝熱促進と圧力損失の関係を明らかにする予定である．
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