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坂元 美定*; 功刀 資彰; 一宮 浩一*
Album of Visualization,No. 13, 0, p.19 - 20, 1996/00
筆者らは、これまでの水平等温加熱管内における複合対流場の研究において、浮力の影響が強い場合に加熱部入口近傍の温度助走域で上流方向への逆流の発生を見出している。この逆流現象の3次元的な流れ構造および温度分布を3次元数値解析と実験により可視化し、両者の良い一致を得た。なお本例の熱流動条件は、作動流体に水を用い、Re=105、Gr=3.23
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である。本報告は、数値解析による流線と実験による可視化写真とを組み合わせて示したものである。
坂元 美定*; 功刀 資彰; 一宮 浩市*
Therm. Sci. Eng., 4(3), p.17 - 25, 1996/00
正方形容器内の空気流れを解析対象として、ブシネ近似を用いずに基礎式の全ての項で密度変化を考慮し、かつ物性値の温度依存性も考慮した式(以下NB式と表す)を用いて自然対流の2次元数値解析を行った。その結果、以下の結論を得た。(1)密度のみならず動粘度と熱伝導率に温度依存性を考慮した場合、冷却壁近傍の運動量が増加し、熱流動場が非対称な分布を示す。(2)密度の局所的な変化を考慮することによる熱伝達への影響は少ない。これに対して動粘度、熱伝導率の温度依存性はNuを加熱壁で減少、冷却壁で増加させ、熱伝達に大きな影響を及ぼす。(3)ブシネ近似を用いても、物性値の温度依存性を考慮すると、NB式に近い結果が得られる。(4)NB式から求まるNuと、物性値の温度依存性を考慮せずにブシネ近似を用いた場合のNuを比較し、その差を定量的に明らかにした。
坂元 美定*; 功刀 資彰; 一宮 浩市*
日本機械学会論文集,B, 61(586), p.2228 - 2234, 1995/06
比較的低いレイノルズ数域における層流複合対流では、熱的境界条件の不均一性や浮力の影響が大きい場合に、流れが3次元的な挙動を示すことが予想される。特に、温度助走域での複合対流特有の複雑な伝熱流動状態を解明することが本研究の命題であり、前報までに等温水平管に関する熱流動機構の解明に成功した。本研究では、側壁温度が異なる水平正方形流路の複合対流伝達について大規模3次元数値解析を実施し、主流と浮力駆動2次流れの干渉により生ずるスパイラル流れの発生と、加熱開始点近傍に出現した複数のはくり泡の発生について報告するとともに、管内圧力勾配の変化や熱伝達特性について、Gr/Re
パラメータの依存性を検討した。前報と今回の結果から、層流複合対流における温度助走域に発現する複雑な3次元的逆流現象は、高Gr/Reパラメータ域における基本的な熱流動機構と考えられる。
坂元 美定*; 功刀 資彰; 一宮 浩市*
第32回日本伝熱シンポジウム講演論文集, 0, p.633 - 634, 1995/05
水を作動流体とした水平正方形流路の複合対流熱伝達について、物性値の温度依存性を考慮した3次元楕円形非定常数値解析を行い、温度助走域における伝熱流動特性について検討した。壁面は等温加熱条件で、上壁のみ断熱とした。計算手法にSIMPLE法を用い、対流項にQUICKを用いた。水は物性値や無次元数が基準温度レベルに大きく依存するため、熱伝導率、動粘度、体膨張率の温度依存性を考慮した。時間変化に伴う不安定成層からのサーマルプリューム成長過程を捉え、それによる熱輸送機構を定性的に明らかにした。また、プリューム下流に形成される低温領域が熱伝達に及ぼす影響を示し、作動流体が空気の場合とヌセルト数を比較検討した。
功刀 資彰; 一宮 浩市*; 坂元 美定*
日本機械学会論文集,B, 60(572), p.1393 - 1400, 1994/04
最近の微細加工技術の進展は、熱機器の小型化を促進し、特に電子機器などでは集積度を高めて高機能・高性能化を図ることが可能となって来た。従来の機器は、比較的寸法が大きく、伝熱設計を行う場合には、いわゆる強制対流域の特性が重要であった。しかし、機器の寸法が小さくなると、流れを支配するパラメータであるレイノルズ数:Re=UL/
(U:代表速度、L:代表寸法、:動粘度)はL
小でRe小となり、強制対流による除熱が有効でなくなる領域を扱う必要が出て来る。この領域では複合対流特性をいかに制御するかがポイントとなる。本研究は、矩形流路の全壁面を一定温度(局所熱流束は非一様)として層流複合対流の熱流動特性を非定常3次元熱流体数値解析で検討したものである。自然対流効果が強くなるに従ってはく離流れを伴う3次元的流動状態となり、伝熱特性も大きく変化することが分かった。
坂元 美定*; 功刀 資彰; 一宮 浩市*
日本機械学会第7回計算力学講演会講演論文集, 0, p.436 - 437, 1994/00
比較的低いレイノルズ数域での層流複合対流下では、熱的境界条件の不均一性や浮力の影響が大きい場合に、流れが3次元的な挙動を示すことが予想される。特に、温度助走域での複合対流特有の複雑な伝熱流動状態を解明することが本研究の命題であり、これまでに等温水平管に関する熱流動機構の解明に成功した。本研究では、側壁温度が異なる水平正方形流路の複合対流熱伝達について大規模3次元数値解析を実施し、主流と浮力駆動2次流れの干渉により生じるスパイラル流れの発生と加熱開始点近傍に発現したはく離流れについて報告する。
功刀 資彰; 一宮 浩市*; 坂元 美定*
Proc. of 10th Int. Heat Transfer Conf., 0, p.501 - 506, 1994/00
最近の技術進展は目ざましく、多くの微小で複雑な機器(例えば、電子機器等)装置サイズの小型化は、機器からの除熱手法としてのConventionalな強制対流を無力化させる(すなわち、流れの代表寸法が小さくなり、Reynolds数が低下するため、伝熱に有効な乱流域の流れから層流域の流れが主となることによる。)。この様な流れ場では、自然対流効果を利用した複合(共存)対流による伝熱促進及び制御が重要となる。本研究では、壁面の局所熱流束が非一様となる場合の矩形流路内共存対流を3次元非定常N-S方程式を用いて数値シミュレーションし、自然対流効果によって3次元的なはく離流れの生ずること及びこれが流路閉塞効果となって、圧力損失の増大及び熱伝達の局所的促進/低下効果をもたらすことを明らかにした。
功刀 資彰; 坂元 美定*; 一宮 浩市*
Therm. Sci. Eng., 2(3), p.9 - 17, 1994/00
著者らは、前報で等温水平正方形管内の空気流に対し、Gr/Reの比較的大きな加熱(流体-壁間の温度差が大きい)パラメータ域における大規模な3次元楕円形解析を行い、加熱開始点近傍の流路上壁に逆流域(はく離泡)の発生を見出し、これによる流路閉塞効果及び上流側に取付けた断熱助走路の加熱端より上流側への逆流域の遡上(はく離泡の拡大)を報告した。本報告では以上の解析結果を基に、2次流れ及びはく離泡の伝熱促進効果と流路閉塞(圧損増大)効果に着目して、等温水平正方形管の層流複合対流熱伝達特性を総合的に検討した。その結果、Gr/Re=20以上の範囲において流路上壁に生ずる浮力駆動型逆流域(はく離泡)の発生機構を解明した。また、2次流れの3次元構造と熱伝達の相互関係について検討し、自然対流による伝熱性能の向上、逆流発生に起因する伝熱性能の鈍化、最適条件の存在が明らかとなった。
