熱交換器のフィンの最適形状・配置に関する研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550140
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 岡島 厚 金沢大学, 工学部, 教授 (80013689)
• 研究分担者: 木綿 隆弘 金沢大学, 工学部, 助手 (40225107) ; 上野 久儀 金沢大学, 工学部, 助教授 (80019752)
• キーワード: 熱交換器 / フィン形状と配置 / 風洞実験 / 数値シミュレ-ション / 偏り流れ / 熱伝達 / 角柱列 / 温度場

研究概要

熱交換器のフィンの最適形状と配置を特定するに当り、種々な断面形状を持つ長方形断面フィンを複数個、列状に配置し、その断面形状とすきま間隔を変え、流れの様相、温度分布、熱伝達率を風洞実験と数値計算によって、流体・熱力学の両面から明らかにする。フィンまわりの流れは、層流・遷移・乱流などの流れの様相変化、後流の大規模構造流れや後流渦とも密接に関連して、非定常の不均一の流れパタ-ンを呈する。そして、その不均一流れは、時間的に不規則に変わるセル構造状のはく離流れ領域の発生を伴うため、流体・伝熱特性は極めて複雑となり、未だ不明なことが多い。本研究は、風洞実験および数値シミュレ-ションによって、フィンの最適形状と配置についての基礎的研究を行い、複数個の列状ブラフ・ボデ-まわりのはく離を伴った乱流を含む流れと温度分布の数値シミュレ-ション法およびその計算コ-ドを開発する。平成3年度に実施計画した研究は、順調に進行している。すなわち、平成2年度に引続き、風洞実験によって、さらに3種類の断面比の長方形断面の角柱列について角柱列表面圧力分布および後流速度分布などの測定により流れパタ-ンの予測を行い、角柱列における偏り流れの発生、偏り流れの間欠的時間変動の様相、偏り流れ発生の臨界すき間間隔、後流のセル構造の様相などに注目して、種々な新しい知見を得た。今回、特に、各長方形断面列に対して、後流において空間的速度差の最小、すなわち整流効果が最も著しい隙間間隔が存在することを見いだした。
以上の研究成果の一部は、日本風工学会講演会(鹿児島)、機械学会流体工学部門講演会(岡山)、第4回国際土木建築工学会議(東京)および日米機械学会合同流体工学会議(第1回、オレゴン州・ポ-トランド市)などで報告した。

研究成果

• [文献書誌] 岡島 厚,坂井 晴久: "直接法とkーεモデルによる矩形柱まわりの流れの数値シミュレ-ション" 日本風工学会誌. 47. 79-80 (1991)
• [文献書誌] Okajima A.: "Change of Flow about an Elongated Rectangular Cylinder in a Range of Reynolds Numbers of 200 to 0.7×10^4" Proceeding of the First ASMEーJSME Fluids Engineering Conference. FEDーVol.112. 107-113 (1991)
• [文献書誌] Okajima A.,Ueno H.,Sakai H.: "Numerical Simulation of Laminar and Turbulent Flows Around Rectangular Cylinders" Proceeding of IVーICCBE '91 Conference. 180-180 (1991)
• [文献書誌] 小林 秀樹,岡島 厚,矢部 隆二: "角柱列を通過する非定不均一流れ" 日本機械学会・流体工学部門講演論会講演論文集. No.910ー50. 48-50 (1991)
• [文献書誌] 岡島 厚,上野 久儀,木綿 隆弘,恵上 浩一: "並列2角柱の空力静特性におよぼす迎え角の影響" 土木学会・構造工学論文集. 38AーII. 857-864 (1992)