Heat transfer mechanisms across high-concentrated form layer generated by strong wind shear above water surface

水面上方强风切变产生的高浓度形式层的传热机制

• 批准号: 21K03881
• 负责人: 高垣 直尚
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Hyogo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03881/
• 关键词: 熱輸送; 気泡層; 乱流輸送; 台風; 風波

台風など熱帯低気圧下における高速気流場の海表面近傍は，液滴の飛散や気泡の巻き込みなどの激しい砕波を伴う複雑な気液二相乱流場を呈し，特に海表面は，気泡同士が連続的にくっついて層を成す，いわゆる気泡層に完全に覆われることが報告されている．また，このような気泡層を伴う気液界面を通しての伝熱現象は自然界や工業装置内でしばしば見受けられる．そこで本研究では，高速気流による超高密度気泡層の生成機構・気泡層を通しての熱輸送機構を解明することを目的とする．2022年度は主に，（１）多数の気泡を含む低風速における風波乱流場を再現可能な数値計算法のコードの開発を行った．水面を伴う乱流場を計算するために混相流計算法の1つであるVOF法を使用した．水面形状の高精度な追跡のために，PLIC法を用いた．その結果，気泡が風波水面に衝突し破砕する際に気流の発達を抑制する現象が観察された．2023年度にはさらに気泡数を増やした状況での風波乱流場計算を行い，さらに気泡層が気液間運動量・熱輸送に及ぼす影響を定性的に調査する予定である．（２）兵庫県立大学において，気泡層実験のための小型風波水槽の改良と初期検討を行った．その結果，水槽内での不自然な水面振動を抑制し，さらに水槽内での水流による気泡生成を確認した． 2023年度には気泡層実験において気液間運動量・熱フラックスの測定を試みる予定である．これらの研究実績の一部は，国内学会において報告された．

在热带气流（如木虎）下，高速气流场的海面表现出复杂的气液两相湍流场，具有强烈的断裂波（例如液滴散射和气泡被纠缠，并且据报道，据报道，海洋表面尤其被所谓的气泡层完全覆盖，在这里，气泡连续散落着一层，并连续地形成了一层。此外，这种传热现象通过气体液体界面与气泡层经常在自然界和工业设备中看到。因此，这项研究旨在阐明由于高速气流和通过气泡层的热传输机制引起的超高密度气泡层的机制。在2022财年中，我们主要开发了一种数值计算方法的代码，该代码可以在低风速（包括许多气泡）下重现风和湍流。 VOF方法是多相流量计算方法之一，用于计算具有水面的湍流场。 PLIC方法用于高精度跟踪水面形状。结果，当气泡与风和波浪表面碰撞并压碎它们时，气流发育被抑制了一种现象。在2023财年，我们计划在气泡数量进一步增加的情况下计算风和湍流场，并进一步质量地研究气泡层对气体液体动量和热传输的影响。 （2）在诺戈郡县大学，我们改进了一个小型风波罐进行气泡层实验。结果，水表中的水表面不自然的振动在水族馆中被抑制，并且由于水族馆内部的水流，气泡也得到了证实。在2023财年，我们计划尝试在气泡层实验中测量气体液体动量和热通量。这些研究成就中的一些是在日本社会上报告的。

项目成果

微粒化を伴う気液界面を通しての運動量輸送機構の解明

阐明伴随雾化的气液界面动量传输机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 西海和希;高垣直尚
• 通讯作者: 高垣直尚

数値計算による風シアにより発達する荒れた水面の再現

使用数值计算再现风切变形成的粗糙水面

• 发表时间: 2023
• 作者: 吉村怜;高垣 直尚
• 通讯作者: 高垣 直尚

Researchmap『高垣直尚』

研究地图“Naohao Takagaki”

Development of wind wave suppression method for air-water momentum transport at extremely high wind speeds

极高风速下气水动量传递的风波抑制方法研究进展

• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Advanced Marine Science and Technology Society
• 作者: Naohisa Takagaki;Santa Sasaki;Naoya Suzuki;Soichiro Goda;Yuliya Troitskaya;Satoru Komori
• 通讯作者: Satoru Komori

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