任意表面温度分布に対する強制対流熱伝達率の境界積分表示と伝熱最適設計への応用

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650240
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 桃瀬 一成 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教授 (00211607)
• 研究分担者: 木本 日出夫 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (70029495)
• キーワード: 対流熱伝達 / 境界条件 / 境界積分表示 / 随伴問題 / 摂動法 / 数値解析 / 最適設計

研究概要

対流熱伝達特性は、その境界形状ばかりでなく熱および流れの境界条件にも依存するため、効率的な伝熱最適設計法の開発のためには、境界条件の影響を反映できる熱伝達表現法の確立が不可欠であると考えられる。
このような観点から本研究では、まず任意の温度分布を有する物体からの強制対流熱伝達特性を物体表面温度分布の関数として境界積分表示することを提案した。さらに摂動法を導入することにより、本方法を複合対流熱伝達問題へ拡張し、これにより熱的な境界摂動ばかりでなく流れの境界摂動も考慮できることを示した。
これまでに本研究で得られた知見を以下に列記する。
1.任意の温度分布を有する物体からの局所熱伝達特性は第1種Fredholm型境界積分で表現でき、この積分核は規定となるいくつかの表面温度分布に対する数値シミュレーション結果から得ることができる。
2.強制対流熱伝達問題に対する随伴問題を数値的に解くことより、任意の定常および非定常熱的境界条件に対する平均熱伝達特性を、高々1回の数値解析結果から定量的に算出することができる。
3.摂動法を導入することにより、本方法を自然対流や複合対流熱伝達問題へも拡張することができ、この場合には任意の熱的境界摂動に対する熱伝達特性の変化を推定することができ、さらに流れの境界摂動の影響も考慮することができる。
なお、強制対流熱伝達特性に対する非定常熱的境界条件の影響、および複合対流熱伝達問題における流れの境界摂動の影響に関する成果は、現在日本機会学会論文集に投稿中である。

研究成果

• [文献書誌] Kazunari Momose: "Fredhalm-Type Boundary Integral Expression of Forced Convection Heat Transfer and Its Application to Convection-Conduction Conjugated Heat Transfer Problem"ISME International Journal, Series B. 40・3. 447-453 (1997)
• [文献書誌] Kazunari Momose: "Boundary Integral Expression of Forced Convection Heat Transfer from Heated Surfaces with Arbitrary Temperatare Distributions"Proceedings of the 10th International Symposium on Transport phenamene in Thermal Science and Precess Engineering. 1. 209-214 (1997)
• [文献書誌] Kazunari Momose: "Forced Convection Heat Transfer from a Heated Circular Cylinder with Arbitrary Surface Temperature Distributions"Heat Transfer-Asian Research. 28・6. 484-499 (1999)
• [文献書誌] Kazunari Momose: "Thermal Boundary Condition Effects on Forced Convection Heat Transfer (Application of Numerical Solution of Adjoint Problem)"JSME International Journal, SeriesB. 42・2. 293-299 (1999)
• [文献書誌] Kazunari Momose: "Influence of Thermal Boundary Conditions on Natural Convection Heat Transfer"Heat Transfer-Asian Research. 28・6. 500-512 (1999)
• [文献書誌] Kazunari Momose: "Numerical Prediction of Convection Heat Transfer under Arbitrary Thermal Boundary Conditions"Proceedings of the 5th ASME/JSME Joint Thermal Engineering Conference (CD-ROM). 1. AJTE99-6381 (1999)