2021 Fiscal Year Annual Research Report
Design for loss reduction in exhaust systems using thermal-hydraulic characteristics of high-frequency pulsating flow in engine curved pipes
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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, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (10323792)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西田 恵哉 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 特任教授 (90156076)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 脈動流 / 壁面熱伝達 / 管内流動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終年度残課題であった，実機エンジン運転条件に近い脈動流周波数（30Hz）での直管・90度曲がり管内気流の温度計測結果，および管内流動場と流体から内壁・壁内・外壁を通じて伝達する熱の連成解析（以降CHT）に基づく，乱流モデルシミュレーションから得られる流動場・温度場に対し，実験とシミュレーションの温度分布・時間変動は概ね一致し，本結果を基に壁面熱伝達との相関の考察・総括を行った．
定常・脈動流共に直管では，流路下流方向の局所壁面熱流束に周波数依存性はあまり見られなかったが，90度曲り管では曲り部で大きく局所熱流束が増加する．メカニズムの把握にCHTで流速場と温度場の解析を行い，定常・脈動流共に曲り部で外側壁に断面内二次流れと高温流体コアが衝突し，熱伝達促進への大幅な寄与が明らかとなった一方，脈動流では減速時に低温コアの外壁面衝突により外気温との温度差の低下，および曲り部での剥離で温度境界層も厚くなり熱伝達が抑制されることが示されたが，流路全体の平均熱流束は曲り管の方が大きくなる．また，熱伝導率が大きく異なるステンレスとアルミ製の流路では，壁面内温度分布は大きく異なるが，流体温度場・熱伝達にはほぼ影響しないことが示された．
本研究で実験・シミュレーションの両面から得られた，排気系に関連する直管・曲り管の高周波脈動流の熱伝達特性の基礎結果を基に，実機開発に際しても更に複雑な管形状への発展を今後進めていく．
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