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人工的多孔質に多く見られる強い非等方性について、微視的支配方程式を空間平均し得られる巨視的支配方程式に対し、新たに非等方性を考慮したモデル定数テンソルの導入を試みた。これまで、透過率など一部に対してわずかな報告があるのみであった多孔質体非等方性についての検討について、局所的熱平衡の仮定が成立しない場合にまで拡張した統一的モデリングを示した。また、周期境界条件を用いた微視的数値実験を実施しモデルテンソルの関数形の決定手法を示した。透過率については、これまで報告のあるDullian型の非等方性を示すもののForchheimerテンソルについてはその主軸が一致せず新たな関数形が提案された。
一方、多孔質体内流動場の定量的非定常計測を実施し、微視的非定常流動場の周波数特性の検討を行ったところ、多孔質体内の局所的乱れの生成の様子を明らかにしつつあり、多孔質体内乱流場への遷移挙動の把握へとつながる重要な知見を得ている。
本研究で導出された統一的非等方巨視的二エネルギーモデルを用い、実際の熱交換器を模擬した場への適用を図った。巨視的温度場の予測に対する非等方性の影響について詳細な検討を行った結果、強い非等方性を有する多くの人工的多孔質機器の温度場の予測には、非等方性の加味が無視し得ないことが判明した。
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