| 研究課題/領域番号 |
06650264
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| 研究種目 |
一般研究(C)
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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 | 青山学院大学 |
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研究代表者 |
岡田 昌志 青山学院大学, 理工学部, 教授 (60082830)
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| 研究期間 (年度) |
1994 – 1995
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| 研究課題ステータス |
完了 (1995年度)
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| 配分額 *注記 |
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
1995年度: 300千円 (直接経費: 300千円)
1994年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
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| キーワード | 海水 / 土壌 / 凍結 / 多孔質体 / 水溶液 / 自然対流 / 強制対流 / 数値解析 / 熱物質移動 |
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| 研究概要 |
ヒートポンプの熱源および冷熱蓄熱材として土壌に着目し、特に海浜地区での開発を想定して、海水で満たされた土壌内に水平に置かれた円管周りの凍結・融解問題を解明することを目的として解析と実験を行った。特に凍結時の温度差・濃度差に基づく自然対流と地下水流による強制対流の干渉の影響を検討した。実験では土壌を粒子充填層でモデル化し、海水として3wt%の塩化ナトリウム水溶液を用いた。自然対流と強制対流の干渉が最も明確に現れる条件として、鉛直下向きおよび上向きの強制対流の場合を検討した。さらに、上向き強制対流による干渉流れを可視化するためにヘルショー流れ場での水溶液の凍結実験および粒子間隙に成長するデンドライト状結晶のマイクロスコープによる観察を行った。以上の検討から以下の結果を得た。1.温度差・濃度差自然対流と強制対流が干渉する複雑な凍結・融解過程を解析する方法を構築した。解析結果は凍結実験の結果とよく一致し、解析方法の有効性が確かめられた。2.上向き強制対流と自然対流との干渉により凍結領域の下部または側部に循環流が生じることを示した。3.自然対流および強制対流がマッシュ領域内の液層体積分率、固相領域における共晶固体の体積分率などの組成に与える影響を明らかにした。4.2種類の透過率に対して、流速および流れの方向を変えた計算を行い、伝熱量、凍結量の時間変化を求めた。その結果,下向き強制対流は自然対流と相乗して冷却円管への伝熱量を増加させ、凍結量を減少させるが、上向き強制対流の場合は自然対流との干渉により、伝熱量の増加・凍結量の減少の効果は小さい。しかし、温度差レイレイ数が1.53のとき、上向き強制対流のペクレ数が20になると自然対流との干渉渦が現れず、伝熱量が増加し、凍結量が減少する。透過率が小さく温度差レイレイ数が0.076のとき、伝熱量・凍結量に対する強制対流の向きは影響しない。
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