2019 Fiscal Year Research-status Report
エンジン曲り管内高周波脈動流の熱流動特性を用いた排気系の損失低減設計
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18K03931
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
尾形 陽一 広島大学, 工学研究科, 准教授 (10323792)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西田 恵哉 広島大学, 工学研究科, 教授 (90156076)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 冷却損失 / 気液二相流 / 脈動気流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度研究計画の一つである直管・曲り管内の常温・高温流動場の基礎的挙動特性を明らかにするため，および温度制御が可能な熱風発生器を用いて，定常流もしくはエンジン運転条件を模擬出来る脈動流発生装置から時間変動する脈動流の空気を直管・曲り矩形管内に流し，前年度からの継続事項である流動特性，および管内のエネルギー収支から空間平均熱伝達特性の評価を行った．流動特性は定常流・脈動流共に主成分解析（POD）から，第一曲り部での断面内に生じる第1PODモードのSwirl Switchingと併せ，高次モードの二重swirl構造も第1モードが生じること，第二曲りでは第一曲りの二次流れに更に付加渦が矩形角にも現れ，脈動流におけるSwirl現象はモード0の管軸方向の平均流が減速時に強くなることも分かった．エネルギー収支については，直管・曲り管を各々上流直管部・曲がり部・下流直管部に分け，定常乱流下での区間内平均熱流束の評価を，各区間の代表断面内温度分布計測から行った．直管に対し曲り管では，曲り内側での流速増加に伴う速度・温度境界層厚さの減少に伴い曲がり部で熱伝達が大きく増える一方，曲り後の剥離領域では逆に減少し，管全体の熱収支としては直管に対する明確な伝達促進は見られなかったが，実験条件を更に追加・検証が必要である．
また，管内気液二相流流動場では，直管および曲り管について一様な定常・脈動気流下でエンジン排気系で想定される薄水膜を模擬した水膜挙動を上面から高速度カメラで撮影，液膜挙動の比較を行った．曲り管では曲り部内側の気流速度増加に伴う液滴発生頻度の増加，および脈動気流下では気流と逆方向のエントレイン・液滴発生が生じることが分かり，気液が存在する時の熱伝達においても影響を及ぼす可能性を示している．
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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
エンジン排気系の条件を模擬した矩形直管・曲り管内流れ場の計測から，管内定常・脈動乱流における二次流れメカニズムの詳細，および流れ場と温度場・熱伝達の相関に関する基礎的知見が得られた．また，室温における管内気液二相流の定常・脈動気流下での液膜飛散・分裂条件等の新たな比較・知見を前年度に引き続いて得ることが出来たが，熱流束センサーの不具合といった実験系の不備，およびマルチコアワークステーションを用いての特に気液二相流・熱伝達の数値解析・モデル検証が遅れており，最終年度での継続課題とせざるを得ない状況であることから本区分の評価とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
矩形管形状の追加を始め，温度計測・数値解析結果から得られる流動場・温度場に対して主成分解析等を用いた時間・空間的評価を進め，最終年度の目標の一つであるエネルギー損失評価の指針を得ることを目指す．
数値シミュレーションは，各液滴分裂モデルの適用可能性，モデル間の比較検証等を大規模並列計算も用いて引き続き効率的に進める必要がある．また，定常乱流・1次元温度境界層モデルがベースの既往壁面熱流束モデルの，脈動乱流場におけるLES・RANS解析と実用性の評価を更に進めることで，損失評価精度の向上を目指す．その為には，今年度までの実験データの整理と解析と併せて，最終年度実施予定の各追加計測との評価を行う必要がある．
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| Causes of Carryover |
今年度計上していた熱流束・温度計測に必要な装置の選定遅延が主な理由であるが，更に最終年度の成果公表に必要な経費，ならびに今年度予定から最終年度にずれ込んだ実験・計測・解析に必要な装置改良・ソフトウェアの費用などに予算を確保する必要が生じたため．
国内外学会発表及び論文投稿等の研究成果発表，必要な追加実験装置および材料などの消耗品，追加工等の発注，ソフトウェアライセンス費用に使用を計画している．
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Research Products
(3 results)
