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大規模自然対流の伝熱機構解明による制御と応用

Research Project

Project/Area Number 15J04088
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

古川 琢磨  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords自然対流 / 光干渉計 / 表面ふく射 / ガスふく射 / 位相シフト / LES / FSKモデル / ふく射効果 / 乱流自然対流
Outline of Annual Research Achievements

本年度は光干渉計を用いた自然対流可視化実験とLarge Eddy Simulationを用いた数値解析との比較を行い,表面ふく射及びガスふく射が自然対流の内部の熱流動特性に及ぼす影響を評価した.
自然対流可視化実験では,庄司らによって開発された大型位相シフト光干渉計を用いた.観察する対象は非対称加熱壁を有するキャビティ内部で生じる自然対流場とした.本研究では,表面およびガスふく射効果が自然対流に及ぼす影響を切り分けるために,表面ふく射効果測定実験とガスふく射効果測定実験の二種類の実験を行った.
表面ふく射効果測定実験では,キャビティ内部の断熱壁上下部のふく射特性を変化させ,表面ふく射効果が内部の温度勾配に及ぼす影響を評価し,高放射率によって上部断熱壁近くの温度勾配が高くなることを示唆した.数値計算との比較によって,上部断熱壁で熱伝導効果を考慮する必要性があることを示した.
ガスふく射効果測定実験では,ふく射吸収が強いトリフルオロメタンガス(CHF3)を使用してガスふく射効果が自然対流の流動場に及ぼす影響を評価した.本ガスを使用することによって,空間スケール10-50 mオーダーの大気のふく射吸収量を実験室スケールで再現することが可能となる.実験で取得された干渉縞と数値計算で再現した干渉縞の時間変化を比較することで,ふく射効果によって変動する温度境界層を評価した.実験の結果,加熱壁近くの温度境界層がふく射効果によって不安定となりFujiiらによって示唆された初期の渦列流に相当する波状の流れが観察された.本不安定性はガスふく射効果を考慮した時のみ、数値計算でも観察することができた.本結果から,ガスふく射効果によって自然対流の流動不安定性が促進されることが示唆された.さらに,上部断熱壁付近での干渉縞を観察することによって,ふく射効果によるキャビティ内部の循環流促進も示唆された.

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Influence of radiation effect on turbulent natural convection in cubic cavity at normal temperature atmospheric gas2017

    • Author(s)
      T. Kogawa, J. Okajima, A. Komiya, and S. Maruyama
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      Volume: 104 Pages: 456-466

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.08.059

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Large eddy simulation of turbulent natural convection between symmetrically heated vertical parallel plates for water2016

    • Author(s)
      T. Kogawa, J. Okajima, A. Komiya, S. Armfield, and S. Maruyama
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      Volume: 101 Pages: 870-877

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.04.083

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Influence of non-gray participating media and wall surface on turbulent natural convection heat transfer in cubic cavity2016

    • Author(s)
      T. Kogawa, J. Okajima, A. Komiya, and S. Maruyama
    • Journal Title

      Proceedings of 20th Australasian Fluid Mechanics Conference

      Volume: -

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 光干渉計による熱ふく射が自然対流伝熱に及ぼす影響の評価2017

    • Author(s)
      古川琢磨,庄司衛太,岡島淳之介,小宮敦樹,円山重直
    • Organizer
      第54回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      大宮ソニックシティ,埼玉県
    • Year and Date
      2017-05-24
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Influence of non-gray participating media and wall surface on turbulent natural convection heat transfer in cubic cavity2016

    • Author(s)
      T. Kogawa, J. Okajima, A. Komiya, and S. Maruyama
    • Organizer
      20th Australasian Fluid Mechanics Conference
    • Place of Presentation
      Perth, Australia
    • Year and Date
      2016-12-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 常温大気中におけるふく射場が乱流自然対流伝熱特性に及ぼす影響2016

    • Author(s)
      古川琢磨,櫻井篤,岡島淳之介,小宮敦樹,円山重直
    • Organizer
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      グランキューブ大阪,大阪府
    • Year and Date
      2016-05-24
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaluation of the boundary layer of the turbulent natural convection in square cavity with radiation effect2015

    • Author(s)
      Takuma Kogawa, Junnosuke Okajima, Atsuki Komiya, Shigenao Maruyama
    • Organizer
      9th Australasian Natural Convection workshop
    • Place of Presentation
      メルボルン,オーストラリア
    • Year and Date
      2015-12-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of radiation effect to the heat and fluid flow characteristics in the turbulent natural convection of square cavity2015

    • Author(s)
      Takuma Kogawa, Junnosuke Okajima, Atsuki Komiya, Steven Armfield, Shigenao Maruyama
    • Organizer
      ISTP26
    • Place of Presentation
      レオーベン,オーストリア
    • Year and Date
      2015-09-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ふく射要素法(REM2)を用いたキャビティ内の三次元自然対流-ふく射連成伝熱解析2015

    • Author(s)
      古川琢磨,岡島淳之介,小宮敦樹,Armfield Steven, 円山重直
    • Organizer
      第52回伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場,福岡
    • Year and Date
      2015-06-03
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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