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2017 年度 実績報告書

バイブレーションリブを用いたサブミリチャネル内の伝熱促進手法の提案

研究課題

研究課題/領域番号 16K14179
研究機関防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)

研究代表者

山田 俊輔  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (90516220)

研究分担者 中村 元  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (80531996)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード対流熱伝達 / 赤外線カメラ / マイクロPIV / 能動制御 / 伝熱促進
研究実績の概要

H28年度に製作したミリチャネル及びバイブレーションリブを改良した.本年度は,バイブレーションリブの変動周波数を変化させ,等熱流束加熱で加熱した壁面温度を赤外線カメラで計測し,熱伝達率に換算した.また,マイクロPIV計測システムを構築し,得られた時間平均速度分布から,バイブレーションリブによる流れ場への効果を評価した.詳細を以下に示す.
(1)伝熱促進の評価
H28年度構築したミリチャネル,並びバイブレーションリブを改良した.レイノルズ数Re = 1450(代表長さは水力直径)で実験を行った.加熱した熱量を1~5Wに設定し,バイブレーションリブを100~900Hzで加振した.赤外線カメラを用いた流れ方向・スパン方向の温度分布測定から,加熱壁面の各熱損失項を考慮し,熱伝達率に換算した.熱量を5Wに設定した場合,バイブレーションリブの加振の有無を比較すると,加振なしの時に比べ,周波数500,700Hzで加振した時は,熱伝達率が12-14%程度増加することが分かった.
(2)流れ方向速度分布の評価
測定領域が,流れ方向に20mm,高さ方向が2.2mmの領域とし,マイクロスケールの分解能で計測可能なマイクロPIV計測システムを構築した.得られた速度分布から,加振の有無による速度分布の変化を検証した.加振無と比較し,加振周波数が700Hzの時には,主流の最大速度は減少するのに対し,加振周波数が500Hzとの時は,最大速度の減少は,小さいことがわかった.これは圧力勾配を測定した管摩擦係数の比較からも同様な結果が得られた.
以上のことから,加振周波数による壁近傍の流動構造が変化し,圧力損失を抑制した伝熱促進手法としてバイブレーションリブが有効であることを定量的に評価した.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Simultaneous Measurements of Unsteady Thermal and Flow Fluctuations Using High-Speed Infrared Thermography and PIV Over a Backward Facing Step2017

    • 著者名/発表者名
      Yamada Shunsuke、Nakamura Hajime
    • 雑誌名

      ASME 2017 Heat Transfer Summer Conference

      巻: No. HT2017-4737 ページ: 1-10

    • DOI

      doi:10.1115/HT2017-4737

    • 査読あり
  • [学会発表] Temporal and Spatial Fluctuations of Velocity and Heat Transfer in Wall Turbulence Using Dynamic PIV and IRT2017

    • 著者名/発表者名
      S. Yamada and H. Nakamura
    • 学会等名
      Proc. TSFP-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization of Flow and Heat Transfer Behind Reattachment Point in a Backward Facing Step Flow Using High-Speed PIV and Infrared Thermography2017

    • 著者名/発表者名
      S. Yamada and H. Nakamura
    • 学会等名
      Proc. 11th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing
    • 国際学会
  • [学会発表] 後向きステップ流れにおける再付着点下流域の流れと熱伝達の同時測定2017

    • 著者名/発表者名
      山田俊輔,中村元
    • 学会等名
      日本流体力学会年会

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公開日: 2018-12-17  

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