凝固直後の鋼材の緩冷却用のスプレ-ノズルの冷却能とその評価法

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550532
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 八田 夏夫 京都大学, 工学部, 助教授 (30026041)
• 研究分担者: 梅田 吉邦 京都大学, 工学部, 助手 (30026132) ; 石井 隆次 京都大学, 工学部, 助手 (20026339) ; 宅田 裕彦 京都大学, 工学部, 講師 (20135528)
• キーワード: スプレ-およびミスト / ガス-粒子2相非平衡ノズル / ノズルの形状設計 / 粒子群離散化モデル / ガス-粒子の相自由噴流 / 2相流の固体壁面との相互作用 / 冷却能制御 / 沸騰・非沸騰

研究概要

本研究の目的を達成するためには3つの段階を経て解決される。1つはガス相と粒子相からなる2相流のノズル内流れの流動特性を厳密に把握することのできる理論を確立すること、およびノズル幾何学的形状の設計手順とその最適操業条件の設定を可能にすることである。2つ目の問題はノズルから流出する自由噴流領域での粒子相とガス相の流れ場の理論解析を可能にすることである。また、この2相ジェットが被冷却物体と相互作用するときの複雑な流動特性が解明されることが重要である。なぜなら、ミスト中に含まれる極微細な液滴粒子は気相への追従性が機敏であるため被冷却物体表面に到達せず、その面と平行な流れ場を形成して冷却効果に寄与しないケ-スが起こるからである。3つ目は、ミスト中の液滴粒子が高温の物体表面と衝突する際の伝熱現象の解析である。これは伝熱面過熱度と衝突液滴のウェ-バ数に依存して、冷却能量敵に評価する手順を確立する。
本年度は、上記の最初の2つの段階の課題がほぼ完了しつつある。冷却の強弱に応じたノズルの幾何学的形状が唯一的に設計でき、その流動特性の理論的な把握も可能である。また、自由噴流領域での粒子相とガス相の流れ場および固体表面との相互作用による流動特性の変化が計算可能となっている。具体的には、2相流のノズル内流れは両相間の熱と運動量の伝達収支を考慮した非平衡流として取り扱われ、粒子径分布がある場合に対しても、理論解析への対応は可能である。ノズルを出てからの両相の流動特性の解析では、粒子群の挙動は離散的な有限かつ多数の小粒子群の集合体として把握され、ガス相と熱、仕事および運動量の収支によって相互作用の効果が導入されている。また、固体表面との衝突のある複雑な流れ場の解析もなされている。

研究成果

• [文献書誌] Natsuo Hatta: "Analytical Procedure on Nozzle Flow of a Two-Phase Mixtures." ISIJ International. 29-8. 695-697 (1989)
• [文献書誌] Natsuo Hatta: "A Numerical Study on Cooling Process of Hot Steel Plates by a Water Curtain." ISIJ International. 29-8. 673-679 (1989)
• [文献書誌] natsuo Hatta: "Theoretical Model of Two-Phase Flow in a Nozzle and Its Application to Numerical Experiments for Mist Flow." Memoirs of the Faculty of Engineering,Kyoto University. 51-2. 73-107 (1989)
• [文献書誌] Natsuo Hatta: "A Note to the Single-size Approximation of Mist Flow in a Nozzle." ISIJ International. 29-9. 796-798 (1989)
• [文献書誌] Natsuo Hatta: "Numerical Modeling for Cooling Process of a Moving Hot Plate by a Laminar Water Curtain." ISIJ International. 29-11. 919-925 (1989)
• [文献書誌] Natsuo Hatta: "Numerical Study on Supersonic Flows of Gas-Liquid Particle Mixtures in a De Laval Nozzle." ISIJ International. 29-11. 911-918 (1989)
• [文献書誌] Natsuo Hatta: "Effects of Gas Mass Flow Rate in Supersonic Nozzle Flow of Two-Phase Mixture on Flow properties" To be published in ISIJ International.
• [文献書誌] Ryuji ishii: "Supersonic Gas-Particle Two-Phase Flow around a Sphere." To Be published in Journal of Fluid Mechanics.
• [文献書誌] Natsuo Hatta: "Numerical Experiments for Effects of Elastic Strain Energy on Decomposition Process of Binary Alloy in a Two-Dimensional System" To be published in Journal of Chemical Physics.
• [文献書誌] Natsuo Hatta: "On Computation of Compressible Fluid flow in a Two-dimensional shock Tube with a Right Angled Corner." Tobe submitted to Ingenieur Archiv.
• [文献書誌] Natsuo Hatta: "Theoretical Analysis of supersonic Gas-Particle Two-Phase Flow and Its Application to Relatively Complicated Flow fields." To be submitted to Memoirs of the Faculty of Engineering,Kyoto University.