時系列フラクタル伝熱構造の制御による高性能アクティブ伝熱促進

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760134
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: 瀬名波 出 琉球大学, 工学部, 助手 (70253945)
• Keywords: 非定常乱流場の伝熱機構 / 流れの可視化 / 画像粒子計測 / 時系列フラクタル構造 / 赤外線カメラによる温度計測 / 流れのアクティブ制御 / 高効率伝熱促進 / 伝熱量・運動量変化の非相似性

Research Abstract

本研究では複雑な非定常乱流場の伝熱現象解明のために,染料を用いた流れの可視化で複雑な非定常渦の発生現象を確認しながら、発光粒子を流れ場に加えてPIV画像を行い定量的流れ場の計測を行った.取得画像は染料による流れの色情報と発光粒子による輝度情報を同時撮影したものとなり,輝度情報をPIV計測用画像として処理する.本手法により提案する条件付データ抽出により、非定常に発生するはく離渦および縦渦が存在する複雑な場での流れの詳細な情報および熱移動メカニズムを調べることができる.その際,データ処理において最も重要となるのはいかに解析に適した画像が得ることができるかという点にある.またもう1点重要なポイントとして取得した画像のPIVデータ処理プログラム作成が挙げられる.以下に本研究において最も重要となる二つのポイントおよび得られたデータの解析結果についての研究実績を示す.まず本研究で実験対象とする非定常に発生する2次元および3次元渦を有する場として矩形流路内に鈍頭物体を壁からの距離を自由に変えられるよう設置し,鈍頭物体後流の渦およびそれに伴う壁面近傍に発生する渦をアクティブ制御可能とする実験装置を製作した.本実験装置において基本的にカルマン渦,2次元はく離渦およびそれに誘起される壁面近傍の底渦,後ろ向きステップ流れの3種類の流れ場が生ずる.以上の流れ挙動を染料による可視化で確認した後に本手法で提案するPIVとの同時計測を行った.なお本実験を遂行する主要設備としてデジタルハイスピードビデオカメラおよびレーザーシート光源を購入した.本ビデオカメラはフルフレーム1000コマ/秒の高速度撮影が可能でありレーザーシート光源を併用することで研究対象である複雑乱流場の画像取得に適している.PIVデータ処理および速度ベクトル場,渦度場検出処理は自作プログラムを作成した.プログラムを自作することで本研究における実験システム全体を安価に構成することが可能となった.以上より特に物体より発生するカルマン渦または2次元はく離渦およびそれに誘起される壁面近傍の底渦の非周期挙動について条件付抽出を行いデータ解析を行った結果,底渦のベクトル・渦度の時系列変動およびそれと関連する熱移動現象を確認することができた.