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横型遠心鋳造における熱対流挙動を解明するため、透過光により回転流体の熱対流を直接観察実験を行い、下記のことが分かった。
(1)室温真ちゅう鋳型に鋳込んだ高温シリコンオイル(373〜473K)は自由表面側に流動の生じる領域と外周の鋳型側に流動の生じない領域の2つに分かれる。(2)流動領域では回転方向に鋳型に対して前方へ進む流れと動径方向の流れが存在し、その結果、複雑な渦が観察されるようになる。
(3)流動領域の幅は熱流体の温度が高いほど、また鋳型回転数が速いほど、自由表面から鋳型に向かって広がるようになる。(4)さらに鋳型に対して熱流体の回転方向の流れは熱流体の温度が高いほど、また鋳型回転数が速いほど、速くなる。(5)鋳型内の動径方向に鋼板を挿入すると、回転方向の流れが抑制され、流動領域が著しく減少するようになる。
上記の熱対流現象は下記の物理モデルで説明できた。
自由表面で熱流体が冷却されるため、遠心力により、まず動径方向に密度差による流れが生じる。次に動径方向に流れが生じると、コリオリ力を受けるため、回転方向に流れが生じるようになる。従って、流動領域とその内部の複雑な渦流動現象の生じる理由はそれぞれ動径方向および回転方向に働く遠心力とコリオリ力の複合作用によるものと考えられる。
可視化実験より横型遠心鋳造における熱対流挙動をある程度把握できた。また回転流体の熱対流をコンピュータシミュレーションするための基礎データを取れた。来年度は、解析方法を確立するとともに、上記の現象をシミュレートできるコンピュータシステム開発する予定である。
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