| 研究概要 |
平成11年度から2年間にわたり、ガスタービンを始めとする回転機器の冷却性能向上のための基礎研究として、コリオリ力を受ける回転平板境界層における熱伝達特性について実験的研究を実施した。実験は、回転風洞試験設備を用いて行なわれ、層流から乱流への遷移段階と十分発達した乱流の段階の両方について行なった。加熱は等熱流束条件とし、壁温の測定には感温液晶とCC熱電対を使用し、熱線流速計による流速測定および熱電対トラバースによる流れの温度分布の測定も行った。この系では、コリオリ力が壁面に直角に作用するため,回転方向に応じて境界層の安定性が影響を受けるほか、壁面と主流の温度差が大きい場合には、遠心浮力の効果も複合されると考えられるので、主流速と風洞回転速度のほか、壁面温度も変化させた。実験に先立ち、レイノルズ平均の運動量式とエネルギー式に含まれるコリオリ力項ならびに遠心浮力項について吟味し、乱流熱伝達に与える座標系の回転による効果について検討した。得られた主な結論は以下の通りである。
1.加熱領域前縁が層流境界層か始まる場合,境界層が層流に留まっている限り高圧面でも低圧面でもコリオリ力の影響はまったく現れない。遷移領域にさしかかると高圧面では熱伝達率の顕著な上昇が見られる。これはコリオリ力によるゲルトラー不安定の結果、壁面垂直方向の熱対流が活発化したためと説明できる。一方低圧面ではこのような変化は生じない。
2.加熱領域前縁からすでに乱流境界層となっている場合には、高圧面では熱伝達率が上昇し、低圧面では逆に減少する。しかしこの変化は、遷移領域ほどは顕著でない。
以上の傾向は、回転速度がたかいほど、また主流速が小さいほど顕著に表れる。
3.遠心浮力の効果は回転方向に関わらず乱流境界層の熱伝達率を上昇させる傾向がある。
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