| 研究課題/領域番号 |
12650753
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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 |
化学工学一般
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
鈴木 洋 神戸大学, 自然科学研究科, 助教授 (90206524)
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| 研究分担者 |
薄井 洋基 神戸大学, 自然科学研究科, 教授 (20107725)
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| 研究期間 (年度) |
2000 – 2002
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| 研究課題ステータス |
完了 (2002年度)
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| 配分額 *注記 |
1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2002年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2001年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
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| キーワード | 廃熱回収 / 機能性流体 / 急拡大急縮小流路 / 熱伝達促進 / 粘弾性モデル / 数値解析 |
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| 研究概要 |
複雑狭降路における熱伝達促進を、流体に非ニュートン性を持たせた機能性流体が、狭険路における循環流域を縮小させる性質を利用して行う方法の可能性を調べるために、縮小・拡大を繰り返す流路を対象とした基礎研究を行った。
まず拡大部と縮小部との比が3:1の上下対称形状流路を対象にし、カチオン系界面活性剤である塩化オレイルビスヒドロキシエチルメチルアンモニウム2000ppmと、その対イオンとして、サリチル酸ナトリウムを1.5倍モル添伽した水溶液を機能性流体として用いた実験を行った。流動条件として、スタントン数が大きくなる層流域となる条件を選定し、その場合の水の粘度基準のレイノルズ数は、ステップ高さを基準として1,420から5.000の範囲とした。縮小部および拡大部を一様熱流束条件で加熱し、壁温を測定することによって、熱伝達率拡大部底部の熱伝達を測定した。同時に流れの可視化を行い、急拡大部直後および縮小部直前に形成される循環流域の観察を行った。
その結果、粘弾性流体を用いた場合には、拡大部の上流域で熱伝達が水の場合に比べて急増することがわかった。一方で拡大部下流部の前向きステップ近傍では、熱伝達が急減することがわかった。これは粘弾性流体を用いた場合には、拡大部上流域で後ろ向きステップ下流域における循環流域が、粘弾性に起因するBarus効果によって縮小し、そのことで上流部で熱伝達が上昇する一方で、下流域では、前向きステップ上流域に巨大な循環流域が形成されるためである。しかしながら、本手法が少なくとも後ろ向きステップ下流に形成される循環流域の縮小およびその領域での伝熱促進に有効であることがわかった。
つぎに開水路実験装置を作成し、拡大縮小の幾可学的パラメータを変更することによって、本熱伝宙足進法がさらに有効となる最適条件について流れの可視化結果をもとに検討した。
その結果、リブ高さ比が1/4の場合でかつ、キャビティ幅比が5の場合に、急拡大部直後の後ろ向きステップの循環流域が有効に消失し、急縮小部直前の循環流域が小さく押さえられることがわかった。その場合の熱伝達は不良域の消失によって、大きく向上することが認められた。
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