| 研究課題/領域番号 |
22560178
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| 研究機関 | 同志社大学 |
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研究代表者 |
山口 博司 同志社大学, 理工学部, 教授 (80191237)
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| 研究分担者 |
須知 成光 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (00347204)
山田 昇 長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (90321976)
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| 研究期間 (年度) |
2010-04-01 – 2014-03-31
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| キーワード | 流体工学 / 機能・知能性流体 / 非ニュートン流 / 混相流 / MHD発電 / 感温性磁性流体 / 熱伝達特性 / 格子ボルツマン法 |
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| 研究概要 |
電磁誘導を利用した混相流の体積割合・速度計測および流動様式判別に関する研究において，本年度は細管内固液二相流に対する電磁誘導計測法の有効性を検証するために，管内径1.54mmの水平流路を含む実験装置を作成し，体積割合の計測を行った．その結果，計測誤差が6.3％～16.2％と高精度な計測が可能であった．また，計測と併せて行った可視化実験により，流路内部の流動様式が均質流に近い状態において，特に高精度な計測が可能であることが確認できた．一方，計測値に対して波形データ処理を行うことで，固相粒子の粒子径を算出可能であることが判明した．
固定床における感温性磁性流体の熱伝達特性に関する研究では，蓄熱技術への応用を目的とし，内部に熱伝導率の高いアルミナボールを封入した三次元立方形状容器内の感温性磁性流体について，鉛直一様磁場下における熱伝達特性および流動特性を実験的に調査した．その結果，容器内の自然対流による流動にアルミナボールが追随し，熱対流を促進する効果が生じたことで，単相の磁性流体に比べて約20%の熱輸送能力の向上を確認できた．
低融点合金を用いたMHD発電の出力特性を把握するために，本年度は発電部形状を変化させ，形状の違いによる出力特性の変化や出力の増減について調査した．その結果，発電部形状による出力特性の変化は見られず，各形状において実験値と理論式は非常に良い一致を示した．乱流域で発生する乱流起電力の影響は，低磁気レイノルズ数領域では無視できることが判明した．また，発電部内部の流動様式について，格子ボルツマン法を用いた数値解析を行った．数値解析結果から，発電部内部では磁場を印加することでローレンツ力が発生し，流速分布が一様になるハルトマン流れになることが判明した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
電磁誘導を利用した混相流の体積割合・速度計測および流動様式判別に関する研究において，波形データ処理やコイルの最適化を行うことにより，過去の研究と比較して約1/20のスケールの管路における固液二相流に対して，高精度な計測結果が得られた．また，2013年1月に開催された13th International Conference on Magnetic Fluidsにおいてこれを発表した．
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| 今後の研究の推進方策 |
電磁誘導を利用した混相流の体積割合・速度計測および流動様式判別に関する研究では，電磁誘導計測法を用いた計測実験について，wavelet変換と相互相関関数を用いた信号処理による相速度の計測に加えて，波形輪郭線の幾何学的分析によるパラメータ計測を行う．また，固液二相流の挙動について，格子ボルツマン法を用いた数値計算を行い，流動現象について調査する．
固定床における感温性磁性流体の熱伝達特性に関する研究では，可視化困難なテストセクション内の流動を調査するため，格子ボルツマン法を用いた数値計算を行う．また，磁性流体に低沸点溶液を混合させ，潜熱を用いた気液混合流体の伝熱特性の調査を行う．
低融点合金を用いたMHD発電の出力特性に関する研究では，循環流路を用いた従来の装置とは異なるアプローチとして，磁場下における低融点合金の旋回流に伴う誘導起電力の出力特性について調査する．具体的には，低融点合金を封入した密閉容器を磁場下で回転させることによって，低融点合金に旋回流を発生させる装置を作成し，内部の流動に関するパラメータおよび誘導起電力について計測実験を行う．
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