2019 Fiscal Year Annual Research Report
Flow control and optimization of heat transfer in mixed-phase flow around heated tubes with variable attack-angle fins
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17K06178
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
山田 雅彦 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70230480)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 氷スラリー / 混相流 / 固液相変化 / 融解伝熱 / 流動制御 / 熱交換器 / 数値解析 / 粒子法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究実績の概要
本研究は，氷スラリー流内の氷の潜熱を有効に採取するため，矩形フィンを流れに迎角を有する形態で各伝熱管に取り付け，流れに対するフィンの迎角を変えることで加熱管周囲の流れおよび後流を制御し，氷粒子と加熱面の接触を促進する事を目的としている．平成31年度は本研究計画の最終年度であり，これまでの成果を総合して，流動条件の変動に適応する最適化機構の構築，およびフィン付き加熱円管の最適配置に関して検討を行い下記の結果を得た．
１．前年度までに実施した実験結果から，単管および管群の場合につき氷スラリー流の流動・融解現象を詳細に検討し整理した．また，フィン付き加熱管の最適配置の検討のため，加熱管を正方格子状および千鳥格子状に配置した場合について，熱効率やスラリー流の攪拌効果に関して追加実験を行った．
２．数値シミュレーションでは，最適フィン配置の検討のために管群を正方格子状及び千鳥格子状に配置した場合，フィン迎角が円管から氷への伝熱量と氷の流動に与える影響を数値解析より求めた．その結果，フィン付き加熱円管を正方格子状に配置した場合は，フィン迎角が45°までの場合は，フィンによって円管後流が整流されることからフィン無し円管の場合よりエネルギー効率が高くなる一方で，フィンにより氷粒子が円管表面を沿って流れることを妨げられるため氷粒子の接触による伝熱促進効果が低くなった．氷スラリー流内に氷粒子分布の偏りがある場合，加熱円管を千鳥格子状に配置した条件においてフィン付き円管の場合はフィン無し円管に対して氷粒子の接触及び非接触融解を約二倍に促進することができた．また，千鳥格子状配置の場合はフィン迎角のために，氷粒子が偏り分布で流入した場合にも良好な攪拌効果が見られた．
３．実験および粒子法による数値シミュレーションで得られた結果を総合し，国内学会において研究成果の発表を行った．
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Research Products
(1 results)
