| 研究課題/領域番号 |
11650214
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
熱工学
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
木村 繁男 金沢大学, 工学部, 教授 (70272953)
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| 研究分担者 |
木綿 隆弘 金沢大学, 工学部, 助教授 (40225107)
上野 久儀 金沢大学, 工学部, 教授 (80019752)
岡島 厚 金沢大学, 工学部, 教授 (80013689)
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| 研究期間 (年度) |
1999 – 2001
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| 研究課題ステータス |
完了 (2001年度)
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| 配分額 *注記 |
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2001年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2000年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
1999年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
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| キーワード | 凝固 / 相変化 / 非定常冷却温度 / 熱伝達 / 移動境界問題 / 自然対流 / 数値解析 / 多孔質 / 連成熱伝達 / 対流熱伝達 / レイリー数 / ヌッセルト数 / 流れの可視化 |
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| 研究概要 |
本研究の目的は、凝固過程の動的挙動に注目し、そのプロセス(特に固相領域の厚さ)を冷却面温度を非定常的に制御することにより達成しようとすものである。固相厚さや固相成長速度を制御するために必要な冷却面温度の非定常な設定値を、簡便で実用上十分な精度を有する方法で計算し、予測する可能性について検討した。このため、まず最初に非定常一次元の凝固解析モデルを提案し、当該モデルによる冷却面の温度変動に対する固相厚さの応答について解析した。さらに、この簡便な解析モデルの妥当性を検証する目的で、二次元数値モデルを開発した。また、矩形空間を満たした蒸留水を上方から冷却し、氷層を形成する実験を行った。その結果、提案した一次元、二次元モデルによる予測値が実験結果と良い一致を示すことがわかり、当該解析モデルの妥当性が証明された。解析と実験の比較は、主に冷却面温度を周期的に変動させて行われた。この時の固相厚さ変動の振幅と冷却面温度変動に対する位相遅れの二点について、理論予測値と実験値の比較を行っている。本研究における理論解析の特徴は液相領域での自然対流の存在を考慮している点である。特に水は4℃で密度が最大となるため、複雑な自然対流が発生し、固液界面での対流熱伝達も一般的には複雑な様相を呈する。しかしながら、これまでの研究によると、空間的に平均化された固相厚さの時間変動は、一次元解析モデルにより実用上十分な精度で近似することが出来ることが証明された。これにより、対流の直接計算が不可能な高Ra数領域での乱流熱伝達が存在する場合でも、凝固プロセスを非定常的に制御するための冷却面温度を理論的に予測できることを示した。
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