| 研究概要 |
本研究では,回転場における乱流熱伝達を支配する乱流構造を明らかにするために,平滑管およびリブ付き管の実験結果を基礎データとして,乱流の数値シミュレーションを行い,コリオリカ,遠心加速度場における浮力,そしてリブが矩形管内の乱流構造に及ぼす影響を詳細に把握することを目的とする.以下に実験および数値解析で得られた結果についてそれぞれ説明する.
矩形往復流路および正方形直管流路それぞれのテストセクションを用いて,平滑管およびリブ付き管の実験を行った.正方形直管流路については,周方向への局所熱伝達率分布を計測でき,回転,リブの付加,および主流の向きによる熱伝達への影響を定量的に捕らえることができた.また矩形往復流路の場合には,リブ間で極大値をとる熱伝達率分布が周期的に繰り返される様子および曲がり部での流れが下流側に与える影響が確認された.リブを主流に対して傾けると流路平均熱伝達率は上昇した.往復流路では傾きを45度から90度まで変化させ,45度から60度の間で流路平均熱伝達率が最大値をとった.
数値解析では,Smagorinskyモデルと壁面減衰関数を導入し差分法を用いてRe_*=350,Ro_*=0〜1での平滑正方形管の解析を行った.計算結果は回転コリオリカによる熱伝達の周方向分布やSuction側での層流化を再現した.今回の計算は東大大型計算機センターのS-3800を用いベクトル化率100%,ベクトルジョブ率90%以上という高度にベクトル機用に調整されたプログラムを作成し計算を行ったがそれでも計算負荷は大きく,今後リブ付き管および曲がり部を含む数値解析を行う上では,並列手法を用いた計算の高速化と経験定数の影響の小さいSGSモデルの導入が不可欠である.
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