Elucidation and kinetics construction of anomalous transport phenomena in Taylor vortex flow with polymeric fluids

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14450
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022); Osaka City University (2021)
• Principal Investigator: Masuda Hayato 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 講師 (90781815)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 熱・物質移動 / テイラー渦流 / 異常輸送 / 非平衡 / 数値流体力学 / 非ニュートン流体 / 伝熱促進 / 熱対流

Outline of Final Research Achievements

In this study, heat and mass transfer characteristics of Taylor vortex flows in non-equilibrium and inhomogeneous fields were investigated. Experimental flow observation, temperature measurement, and numerical analysis were conducted for conical Taylor vortex flow and cylindrical Taylor vortex flow with temperature distribution. Polymeric fluid was used as the fluid. In the conical Taylor vortex flow, it was found that the upward velocity of vortex cells due to meridional flow was affected by the rheological properties of the polymeric fluid. In the cylindrical Taylor vortex flow under a non-uniform temperature field, various flow modes were observed due to the interaction between the Taylor vortex flow and natural convection, and heat transfer was enhanced in the mode in which the Taylor vortex flow and natural convection appeared alternately.

Free Research Field

化学工学，流体工学，伝熱工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

プロセス強化技術の創出において，流体運動を介した熱・物質移動の促進が求められている。本研究では，非平衡・不均一な場において熱・物質移動が促進されることを実証した。特に，温度分布を伴う円筒系テイラー渦流において，安定したテイラー渦流が形成される領域よりも低レイノルズ数域の方が，平均ヌッセルト数が大きくなることがわかった。これはテイラー渦流と熱対流の相互作用によるものであるが，非平衡・不均場では低レイノルズ数，すなわち，機械的なエネルギー投入（ここでは内円筒の回転）を抑えた状態で熱・物質移動強化が可能であることを示した先進的な成果であり，省エネルギーに向けた新規技術への転換が期待できる。