空げき率の高い水平多孔質層内の自然対流熱伝達

Natural convection heat transfer in a horizontal porous enclosure with high porosity

椎名 保顕; 石川 広太*; 菱田 誠*

Shiina, Yasuaki; Ishikawa, Kota*; Hishida, Makoto*

実効熱伝導率を高めるために、伝熱面間に円柱細線を張った異方性水平多孔質層内自然対流の臨界レイリー数及び熱伝達率をダルシー流れを仮定した解析で求めるとともに、実験により調べた。実験の空隙率範囲は0.822から1である。空隙率が1の場合には臨界レイリー数,ヌッセルト数ともベナール対流の場合と一致した。円柱細線を挿入すると、空隙率が1に近い場合には臨界レイリー数はほとんど変化しないが、ヌッセルト数は大きく低下することが示された。これらから、自然対流の発生は局所の流動抵抗に依存するが、熱伝達は流路全体の流動抵抗に依存することが推定される。この場合、実験の臨界レイリー数はダルシー流れに基づく解析よりも実験の方が高い値を示したが、ダルシー数の低下とともに理論値に漸近した。実験の空隙率領域ではダルシー流れの仮定は十分には成立しないと考えられる。実験のヌッセルト数をレイリー数と臨界レイリー数の比の関数として整理すると、理論値よりは低いが、1つの相関式で表された。

Heat transfer characteristics near the critical Rayleigh number for the onset of natural convection of horizontal anisotropic porous fluid layer heated from below with thin cylindrical rods inserted with high porosity above 0.822 to unity were studied by an analysis and an experiment. The critical Rayleigh number and dependence of Nusselt number on the Rayleigh number were analysed by linear stability theory and series expansion method on the basis of Darcy flow assumption. Critical Rayleigh number, increased with decrease in the porosity, was higher for the experiment than for the analysis but the difference was decreased with decrease in Darcy number. Experimental Nusselt number was considerably decreased with decrease in the porosity near unity although is rather same as the case of Benard convection without cylindrical rods. The experimental Nusselt number can be expressed by one correlation curve when Nusselt number is plotted against Darcy number of the present experiment was rather large to satisfy Darcy flow assumption. Experiment shows that Darcy flow assumption will be satisfied for Darcy number.