| 研究課題/領域番号 |
22K03967
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 大阪公立大学 |
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研究代表者 |
金田 昌之 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (50346855)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 自然対流 / 常磁性流体 / 磁場印加 / 対流促進 / 非定常流動 / 磁気力 / 伝熱促進 / 非定常化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
常磁性流体に外部磁場を印加することで，流動を制御できることが知られている．一方で，自然対流している流れ場に局所的に外力が与えられると対流が非定常化する事象も報告されている．本研究ではその非定常化を安価な永久磁石の磁場により実現するための知見を得ることを目的とする．これが実現できれば自然対流伝熱を系全体で飛躍的に促進させることができる．
実施内容としては，外部印加磁場により自然対流の後流にわたる広い領域の非定常化を誘起できる条件を数値解析で模索し，それを実験で実証することで，低コストかつ効果的な対流促進技術を発掘するものである．
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| 研究実績の概要 |
常磁性流体は温度に依存して磁極への誘引力が変化することから，自然対流の制御に利用できる．ここで磁場を局所的に印加することで自然対流が非定常流動化し，広範囲にわたって対流伝熱が促進できることを見出している．23年度は非定常流動を可視化するための実験ならびに現象を詳らかにするための数値解析コードの開発に取り組んだ．実験については前年度発見した温度振動を詳細に調査するため，感温液晶カプセルによる加熱壁近傍の流体温度可視化に取り組んだ．しかしながら表示温度領域の不整合や壁面近傍の流動可視化の困難さから良好な可視化結果を得ることはできなかった．数値解析については三次元数値解析に拡張し，立方体容器内の対流解析コードを構築した．解析を実施したところ，限られた条件下で加熱壁近傍の自然対流が脈動することを見出した．ただし周期性を持った脈動であったため，実験とは必ずしも相応しないと判断し，より一般性の高い解析系の構築に取り組んだ．その際，格子ボルツマン法の大規模並列解析コードを用い，課題となっていた自由流入，自由流出条件を適切に組み込んだ．
またスピンオフとして三次元レイリー・ベナール対流へも拡張し，永久磁石からの磁場が非定常自然対流に及ぼす影響について検討した．その結果，流動モードを操作できることが明らかとなり，局所ヌセルト数を制御できることが明らかとなった．本結果は2024年度の国際学会での発表が受理されている．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
実験での想定外の遅れはあったが，数値解析コードのめどが立ったことが大きい．特に三次元大規模並列解析に自由流入・流出条件を適切に考慮することができたため，今後の解析結果の進展に期待できると考える．実験については他の可視化方法をすでに検討しており，予備調査を継続している．
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| 今後の研究の推進方策 |
実験については加熱面の温度分布を可視化することで，流動の非定常性を検討する．そのためには加熱面近傍の観察ができるように装置を改良する予定である．
数値解析は，コードのチューニングを行った後，各種磁場分布での解析を実行し，非定常流動が発現するパラメータレンジを特定していく．
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