| 研究概要 |
往復振動流中に置かれた平板近傍には振動境界層が形成されることが知られており、音響共鳴冷凍機ではこのような流れ場での伝熱機構が装置の性能を支配する.本研究では共鳴管内のスタックにおける伝熱機構、特に共鳴状態で管内に形成される音響流のスタック温度分布に及ぼす影響を解明することを主たる目的とした.まず往復振動場における伝熱を支配するスケーリングパラメータは,プラントル数,振動場に対して定義されるレイノルズ数,粒子振幅とスタック間隔の比に対応するストローハル数,粒子振幅とスタックの長さの比に対応するストローハル数,さらにはスタックと流体の熱容量比であることが理論的また数値シミュレーションによって明らかになった.スタックに沿う温度分布データと線形の熱音響理論との比較から,特にストローハル数が実験と理論の比較の不一致を埋める重要なパラメータであることが分かった.このストローハル数が関係するものとして音響流の存在があり,流速振幅が数m/sのオーダーであるのに対して音響流は数cm/sから数mm/sの弱い循環流であり,直接流速計などではSN比が悪くて測定できない.そこで共鳴管内に煙を導入して煙の拡散状態から音響流の可視化を行った.共鳴管内にスタックを設置しない場合には圧力振幅の1波長の中に1対の大きな循環流が形成されることが観察され,従来の研究結果と定性的に一致した.ところがスタックの両端に渦が観察され,この渦から流体の一部がエントレインされて互いの渦を結ぶように循環流が形成されることが明らかとなった.可視化画像からPIVなどの手法でこの循環流の速度を測定する予定であるが,オーダー的には前記の音響流の速度に対応するものであることが明らかとなっている.
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