T字形合流配管における高・低温流体の混合過程と流動場の構造に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350106
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 廣田 真史 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (30208889)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中山 浩 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (40303656) ; 新美 智秀 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70164522)
• Keywords: 合流配管 / 乱流混合 / 乱流熱拡散 / PIV / サーマルストライピング

Research Abstract

管路途中で支管が主管に接合されている合流管において,主管と支管を流れる流体の温度が異なる場合には,混合により温度ゆらぎが生じ,それが管壁に到達して高サイクルの熱疲労を与えるサーマルストライピングが発生することが知られている.合流部下流においては,縦渦,はく離・再付着,再循環,大規模変動などを伴った複雑な3次元・非定常流が現れ,その結果,高・低温流体の混合プロセスも非常に複雑なメカニズムを有する考えられる.本研究の目的は,高温流体と低温流体が合流する合流配管内において,流れ場と温度場に関する詳細な実験を行い,流動場の構造と高・低温流体の混合過程,および熱疲労の発生するメカニズムを解明することにある.
本年度は,実験流路系の設計・製作に加えて,本研究で測定対象とする非定常流動場の計測に不可欠な時系列PIVシステムの構築・確立とそれによる非定常流計測,ならびに逆流を伴う流動場に適用可能なLDVと抵抗線温度計を組み合わせた速度・温度同時計測システムの開発とそれを用いた2次元高温・低温並行せん断流の乱流熱拡散計測を実施した.前者の流動計測では,デジタルハイスピードビデオとレーザーシートを用いた時系列PIVシステムを構築し,代表的な非定常流であるブラフボディの後流を計測してその有効性を確認した.また,PIVにより得られた速度データから,PODを用いて流れのはく離や渦放出の非定常性や組織構造を抜き出す手法を確立し,実際の計測に応用した.後者の温度場計測では,LDVからの離散的速度信号と抵抗線からの温度信号とを同期させ,抵抗線の熱慣性に起因した温度信号のゲイン低下と位相遅れを補償しながら速度と温度を同時計測するシステムを完成させた.このシステムを,単純な乱流混合系である2次元高温・低温並行せん断流の乱流熱流束計測に適用し,高温流体と低温流体の詳細な乱流混合過程を明らかにした.

Research Products

• [Publications] Hiroshi NAKAYAMA: "The Blockage Effects for the Unsteady Characteristics of the Near Wake Flows behind a Bluff Body"Proceedings of 4th ASME-JSME Joint Fluids Engineering Conference. (In CD-ROM). (2003)
• [Publications] 廣田真史: "平行せん断層における乱流熱輸送"第40回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (発表予定). (2003)
• [Publications] 中山 浩: "シャープターン流路内乱流の流動特性"第40回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (発表予定). (2003)
• [Publications] 中山 浩: "シャープターン流路内の乱流特性"日本機械学会年次大会講演論文集. VII. 9-10 (2002)
• [Publications] 中山 浩: "Vガッタ後流の非定常流動特性(ブロッケージ比の影響)"可視化情報シンポジウム講演論文集. 393-396 (2002)