| 研究概要 |
対流熱伝達による物体表面から熱移動現象は,表面上の各場所で時々刻々と変化している.本テーマは物体後流での大きなスケールの渦の生成過程,それらが熱伝達特性にどのように寄与するのか,さらにその流れ場が熱伝達特性をどのように支配しているのか,熱伝達場と壁面せん断応力との相似性の存在,あるいは非相似性について明らかにしようとするものである.実験は,伝熱面に薄いステンレス箔を用い,全伝熱面の温度の時間的変化を赤外線映像装置で測定する.さらに流動場は突起の上端からのせん断流れ,渦放出とその下流の大規模渦などを染料で可視化し個々の流体塊が壁面近傍にスイープあるいはブローアウトするなどの現象と熱移動現象を時間空間的に対応させて解明する.
流れの中に縦渦を発生させ,それによる熱移動を熱流束を一定とした場合について壁面温度の他にプレストン管やクラウザー線図による壁面せん断応力の測定を行った.縦渦は流路内に直角三角形の翼片を1枚,流れに対して傾かせて設置したもので人工的に作り出した.可視化によると三角片の正面から片の縁を飛び越えて背面を沿う流れは片の直後で逆圧力勾配のために淀み,その後上流に逆流する.その際にすぐ下流の流体を吸い込み,その後下流に周期的に放出されるように流れる.その周期性のある渦と周囲との誘引によりリング渦が形成され,そのリング渦が熱伝達率を支配する.一般に熱伝達率は壁面せん断応力の増大比に一致しているスケールの大きい渦によるダウンフローなどの場合でも相似則は成り立つものと思われる.ただ渦の回転による巻き上がりの所で熱伝達率が壁面せん断応力の増大比を上回るようになり,非相似性が存在する.このことより壁面上をブローアウトする流れによって移動する熱伝達率の増大は壁面せん断応力を上回る可能性があることから,水流のブローアウトの現象を可視化するとともに,伝熱面底部より温度分布を同時に測定し,非相似的な伝熱現象を調べた.
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