| 研究課題/領域番号 |
04452145
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| 研究種目 |
一般研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
熱工学
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
棚沢 一郎 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30013105)
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| 研究分担者 |
宗像 鉄雄 工業技術院, 機械技術研究所, 主任研究官
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| 研究期間 (年度) |
1992 – 1993
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| 研究課題ステータス |
完了 (1993年度)
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| 配分額 *注記 |
4,900千円 (直接経費: 4,900千円)
1993年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
1992年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
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| キーワード | ロールオーバー / 密度成層 / 数値シミュレーション / 熱・物質移動 / 自然対流 / 浮力対流 / 流れの可視化 / シャドウグラフ法 / 伝熱 / 密閉容器 / 貫入 / シャドウグラフ |
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| 研究概要 |
ロールオーバーとは、初期には液層内の密度が下方で高く上方で低く、いわゆる安定成層が形成されている状態が、外部からの熱の侵入や、液層内部での熱・物質移動によってしだいに不安定化し、ついには上下層の逆転あるいは全体の混合に至る現象をいう。本研究は、小型容器を用いたモデル実験および数値シミュレーションによってロールオーバー発生のメカニズムを明らかにすることを目的とするものである。
モデル実験では、容器内に濃度・温度・密度の異なる塩水・アルコール水溶液などの2液層の安定成層を作り、これを外部から加熱した場合に生ずるロールオーバー現象を観測した。特に、ロールオーバー発生に至る過程での2液界面における熱・物質移動、界面位置および形状の変動、各液層内での温度・濃度・密度変化および流動パターンの変化、壁面近傍での流速分布などを正確に測定することによってロールオーバー発生のメカニズムを解明するよう試みた。
一方、数値シミュレーションによってモデル実験の再現をはかり、ロールオーバー発生に寄与する諸因子の影響を明らかにするとともに、実験室では取扱うことができない、実規模のLNG貯蔵タンクにおけるロールオーバー発生の予測プログラム開発のための予備的検討を行った。
上述の内容を若干補足すれば、まず実験においては容器内で密度成層化した液体層を壁面から加熱した場合の、自然対流の発生からロールオーバーに至る全過程について、シャドウグラフ法による液体内部屈折パターン変化の可視化を行いビデオ装置で記録すると同時に、多接点熱電対による液層内温度分布変化の計測、IC用基板を利用した液中導電度計測からの濃度分布変化の記録などを行い、壁面熱流束および上下2液層間の初期濃度差とロールオーバー発生時間との関係を求めた。その結果、本実験においては、ロールオーバー現象は、下層垂直壁面に形成される境界層流れが、時間とともに上層部に侵入し、ついには上部自由液面に到達することにより生ずることが明らかとなった。そして、同時に行った数値シミュレーションによっても、これとまったく同様の現象が確認された。
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