2022 Fiscal Year Research-status Report
ふく射伝熱が粘性型不安定の自然対流境界層遷移に及ぼす機構因子の解明
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21K14099
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| Research Institution | Hachinohe National College of Technology |
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Principal Investigator |
古川 琢磨 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80818518)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 線形成長 / 自然対流 / 境界層可視化計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究期間はふく射影響下の自然対流境界層の影響を評価するために，矩形キャビティ内部断熱壁の放射率制御時における温度境界層の変化を可視化計測した．可視化計測の結果，放射率が高くなる時付近の温度境界層をふく射場によって制御可能であることが示された．放射率が極めて低い場合と比較して，放射率が黒体に近くなる時その温度分布は2K程度変化することが明らかとなった．今回の実験では，断熱壁付近の熱漏洩が依然として大きく数値解析との定量的な一致を示すことができなかったが，放射率の違いによる温度境界層の変化特性を取得することに成功した．特に，ふく射影響下における自然対流境界層の空間発展議論はこれまでされておらず，本研究で初めて実験的に実証された．また本研究期間中はふく射性媒体中における自然対流境界層の遷移機構を議論するために，自然対流境界層そもそもの不安定メカニズムを特定するための数値実験を行った．本研究の研究期間中の文献調査の結果，自然対流境界層の不安定性は「対流不安定」，「粘性型不安定」，「変曲点」のいずれの不安定が支配的であるかは明らかとないっていないことが明らかとなった．そこで本研究では自然対流境界層の遷移領域中における線形成長性を議論するために，変動速度のみを導出する数値解析を行った．数値解析の結果，「変曲点」による不安定成長ではなく，「対流不安定」，「粘性不安定」による不安定成長が支配的である可能性が示唆された．
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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
本研究期間中は，ふく射伝熱，特に放射率の影響によって自然対流境界層の温度境界層生成が異なることが実験によって示された．また研究開始当初は，鉛直平板に形成される自然対流境界層は「粘性型不安定」で成長すると示唆されていたが，本研究期間での数値実験によって「対流不安定」と「粘性型不安定」の両方によって線形成長することが示唆された．以上本期間中で得られた知見は，ふく射伝熱による温度境界層制御の方法の提案，境界層の不安定メカニズムの解明に一助となりうるため，本研究はおおむね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在，より大規模系での自然対流境界層の可視化計測を予定しており，Back Oriented Schlieren法による可視化計測プログラムの開発を目指している．本プログラムを用いて，自然対流境界層の遷移領域から乱流領域までの空間発展について議論する．実験では，加熱壁板の放射率を制御するためにアルミ箔に黒体スプレーを塗布する場合，しない場合の二パターンにわけて実験を行いふく影響の有無によってどのように境界層の安定性が変化するかを議論する．また，トリフルオロメタンガス注入によるガス実験も行い，ふく射性媒体影響下における境界層生成の差異について議論する．
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| Causes of Carryover |
本研究期間中は，新型コロナウイルス蔓延のため計画的な東北大学への出張を実施することができなかった．そのため，当該年度の旅行費用の捻出が困難となり，次年度使用額が生じた．次年度は新型コロナウイルスの５類への移行に伴い，計画的な出張が可能となるため東北大学への出張数を増やし実験数を増加させる予定である．
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