2018 Fiscal Year Research-status Report
熱磁気力による対流制御に最適な磁場分布の探求とその検証
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18K03988
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
金田 昌之 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50346855)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 自然対流 / 磁気力 / 永久磁石 / 常磁性流体 / 磁場分布 / 対流制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
永久磁石から生じる磁場分布が対流伝熱に及ぼす効果を検証するために，2018年度は磁場分布の数値解析，これを用いた熱流動解析，そして検証実験を実施した．
当初磁場解析には市販ソフトを1年間のライセンス購入としていたが，予算額の都合上購入を諦め，二次元磁場解析の可能なフリーソフトの導入ならびに実際の磁石から生じる磁場分布を実測して確認することで対応した．本ソフトは有限要素法に基づくため，等間隔メッシュに磁場分布を投影することで，有限差分ならびに格子ボルツマン熱流動解析コード（いずれも自身で開発）に組み込んだ．実験に関しては，これまで課題となっていた実験再現性に関して詳細な原因究明を行うことで問題点を解決し，実証実験にこぎつけた．なお，作動流体は常磁性流体を対象とし，既往の文献から物性値を参照した．
鉛直平板周りの自然対流伝熱問題を対象とし，数値解析ならびに実験を行うことで，磁場が及ぼす効果を解明した．具体的には，単一磁石を設置した場合に矩形磁石の角部分から生じる磁気力による効果で局所的に対流伝熱を制御することがわかった．効果を顕在化させるために2つの磁石を磁極を交互に配置した場合，その接合部分で磁石に対し鉛直方向成分の磁気力が顕在化することが明らかとなり，これを対流制御に生かせることも分かった．実験により定性的に同様な効果が発現することが確認されたことから，解析の妥当性を示せた．
一方で流れの非定常化も含めて今後検討すべき様々な事象が発見された．特に鉛直加熱壁の背面すべてに磁石を配置した場合の実験も実施し，これまで予想できなかった対流促進効果が得られたことから，その原因究明が重要課題として挙がってきた．
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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
二次元ではあるが磁場分布の解析を行える環境を獲得できたことは大きく，様々な磁石配置に対応した磁場分布を解析できるに至った．その結果，複数磁石の磁場効果を断片的に明らかにできた．
実験で得られた結果をもとにした論文を学術雑誌に投稿し，受理された点も良好な進捗といえる．数値解析の結果についても既に投稿済みで，現在査読結果待ちである．
また，これまで予想できていなかった事柄（複数磁石の効果，流れの非定常化）が発見されたことから，今後のさらなる検証が必要であることがわかった．
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| Strategy for Future Research Activity |
磁石の数を多くした場合の実験では，対流促進効果に及ぼす効果がいまだ不明である．ハルバッハ配列による効果も含めて，今後実験ならびに数値解析を継続する予定である．
また複数磁石の配置では，磁石の接合部分に強力な磁気力が発生することがわかった．特に磁石に対して法線方向の磁気力成分が強くなることがわかったため，これを対流の流れと同じ方向に印加できれば対流伝熱をローコストで促進できることが予見できる．本件はレイリー・ベナール対流に適用し検証する予定である．
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| Causes of Carryover |
交付額が減額されたために，当初購入予定だったものを断念したり，安価なものに切り替えたため．
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