超臨界流体の体積膨張が冷却流路内の流れ場に与える影響の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

数値解析では二平板平行チャネル流れのDNS解析を遷臨界条件において行った．二平板上での流体密度比が4と8の2ケースで解析を行っている．この解析から遷臨界条件では流体の物性変化により，速度分布や温度分布が非圧縮流体とは異なる分布になることが分かった．一方で，混合長分布やカルマン定数などは非圧縮流体と同じであることが明らかになった．そのため，本研究の解析範囲内では物性変化の影響を考慮することで，速度分布や温度分布に対して非圧縮流体と同様の整理式が適用できることが明らかになった．実験では超臨界圧下において極低温窒素の主流中に高温窒素を噴射する直交混合流れの実験を行い，レーザーシート光による可視化についての検討と熱電対を用いた流れ場の温度計測を行った．可視化については十分に高出力なレーザーであれば超臨界圧下の混合流れ場を可視化できることが明らかになった．また，その可視化結果に対してPIVのアルゴリズムを適用することで，高温窒素の噴流は下流に行くにつれ流速が低下していることが分かった．熱電対の温度計測では，下流において高温窒素の噴流温度は極低温窒素の主流温度近くまで低下していることがわかった．これらのPIVと温度計測の結果から，高温窒素の噴流の流速低下は噴流温度が低下することで体積流量が減少したことが原因であると考察でき，PIVと温度計測の間に矛盾はないことが確認された．この結果からレーザーシート光による可視化とPIVを用いて超臨界圧下の流れ場内の流速分布を定性的に議論できることが実証できた．