2012 Fiscal Year Annual Research Report

温度成層型蓄熱槽の極限性能を可能とする垂直吹出・吸込ディフューザーの研究

Research Project

Project/Area Number	24360236
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	相良和伸大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30109285)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	甲谷寿史大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (20243173) 北野博亮三重大学, 大学院・工学研究科, 助教 (80293801) 岩田剛三重大学, 大学院・工学研究科, 技術専門職員 (20636542)
Project Period (FY)	2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords	蓄熱 / ディフューザー / 垂直吹き出し / 浮力 / CFD / 実験 / 理論
Research Abstract	本研究は、東日本大震災後の原子力発電所稼働抑制の中、喫緊の課題となっている日中の電力需要ピーク低減効果が大きい蓄熱式空調システムで用いられる温度成層型水蓄熱槽の極限性能を可能とするディフューザーを開発しようとするものである。この目的を達成するために、垂直吹出ディフューザーの基本性状の実験的検討として、様々な条件で水蓄熱システムの実験が可能な三重大学の実験設備を利用して、入力流量、温度条件、ディフューザー設置水深の違いによる温度成層の形成状況の検討を行い、基本的な条件下での蓄熱性能の把握や従来方式のディフューザーとの性能比較を行うと共にCFDの精度検証のための比較データとして利用した。数値流体解析(CFD)における乱流モデルの検討と精度検証としては、RNGk-ε乱流モデルを用いて、現実的な温度成層流れが再現可能であることを確認し、三重大学での実験結果と照合することによりCFDの計算精度の検証を行うとともに、ディフューザー吐出面に設けられるパンチングメタルのCFDモデル化の検討を行った。性能評価の体系化の理論的検討としては、温度成層型蓄熱槽では基本となる水平吹き出し方式のディフューザーについて、流入流速を小さくすることによる蓄熱性能向上には限界があることを簡単なモデルを用いて理論的に示し、垂直吹き出し方式の優位性を確認するとともに、垂直吹き出し方式の場合の吹き出し直後の浮力による加速流速の理論的検討を行った。そして、これら得られた結果を取りまとめて学会発表を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当該年度に予定していた研究のうち、基本性状の実験的検討については、ディフューザー周辺の流速分布の計測と簡単な可視化実験により、垂直吹き出しディフューザーの特徴的な性状について把握できた。また、CFDの精度検証については、実験での温度分布推移との比較を行い、十分な精度であることが確認できた。理論的検討については、浮力による加速に配慮する必要があることが確認できているが、体系的な整理にまでは至っていない。
Strategy for Future Research Activity	今後は、研究計画の予定通り、ディフューザーの「垂直吹出」および「垂直吸込」性状の検討を行うが、空気と水を同時に解析できる混相流のCFDを行い、理論的な限界設置水深・流量の検討を行う.また、理論的検討〓〓いては、吹き出し直後の縮流と成長するプリュームのモデルパラメータの関係を検討する予定である。