2020 Fiscal Year Research-status Report
低レイノルズ数流れにおける乱流・層流の間欠性を利用した乱流熱伝達促進制御
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19K14884
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
守 裕也 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (80706383)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱流体制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の工業製品の効率化・小型化を踏まえると，特に小型熱交換器おける効率向上は急務である．そのために交換器内の冷媒流の熱伝達増加が必要だが，冷媒流は内在する乱れが弱く熱伝達率が小さい低レイノルズ数流れである．一方，低レイノルズ数流れでは流路に層流・乱流が間欠的に分布していることが知られている．本研究ではこの間欠性に着目し，低レイノルズ数流れの乱流領域を種として流路全体の乱れを増加させる制御を直接数値計算により実施・検証する．乱流制御の一つである進行波制御が持つ局所的な乱れの増加効果という独自知見を生かし、乱流および大きな熱伝達の維持の制御効果を狙う．これまでに流れの間欠性を利用した制御は実施されておらず，ここに本研究の学術的な独自性がある．摩擦抵抗や熱伝達の増加率等や流れ場の可視化から乱流維持・促進のメカニズムを明らかにする．
本年度は低レイノルズ数の完全発達した円管内の流れに対する直接数値計算を実施した．円管内流れは平行平板間流れと同様に、工学的に重要な流れの系である。いくつかのパラメータに対してパラメトリックスタディを行い、制御による効果を調査し、前年度に得られた平行平板間流れの結果と比較した。渦の可視化や統計量の詳細な調査などの結果から、よりよく熱伝達が得られるパラメータ範囲が明らかになった。平行平板間流れと同様に下流方向進行波において制御効果が得られたが、円管内流れ特有の乱流パフの数や挙動が制御の影響を強く受けることがわかった。また合わせてテイラークエット流れに対する制御効果も調査し、学術論文として発表した。
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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
当初の計画から分岐して、工学的に重要とされる円管内流れにおける制御効果を検証した．平行平板間流れにおいてはスパン方向に傾斜した乱流領域が生じるが、円管内流れにおいては乱流パフが生じる。これらの制御による摩擦抵抗値，熱伝達，乱流エネルギーを評価した．これら結果は，本研究における最終的な目的である「制御効果の調査」に役立つものであり，現在までで研究の達成度は「おおむね順調」であると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度においては、令和元年度及びに2年度に得られたでデータについてより詳細な調査を行う。これまでに平行平板間流れにおける結果と円管内流れにおけるデータがあることから、それぞれの知見を元にして理論的な考察、摩擦抵抗・熱伝達率に関する恒等式を用いた検討を行う．そのことでより詳細なメカニズムの考察及び熱伝達促進制御への提案が可能となると考えられる。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により国際学会などが中止となり当初の計画より変更が生じた。令和３年度において開かれる学会に参加することで使用する。また物品費等についても計算機の購入などに使用する予定である。
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Research Products
(3 results)
