開渠設置型多管式熱交換器設計のための水路内流速・流線分布測定

○研究目的:申請者は、下水処理水熱等の有効利用のため、専用水路(開渠)と採熱管を組み合わせた開渠設置型多管式熱交換器(以下:本熱交換器)を考案・設計した。本熱交換器は、開渠上流に整流のためのもぐり堰、下流に水深確保のための越流堰を設けているが、設計における開渠内の流速には平均流速を用いており、流速分布は考慮していないため、より厳密な設計を行うためには水路内の流れを把握する必要がある。○研究方法:本熱交換器を模擬した2次元モデル水路を製作した。前面は可視化のために透明板を使用し、水路の有効長は100cm、水深(越流堰の高さ)は12cmとした。実験条件は、上流側もぐり堰の高さを4段階(3,6,9cm,堰なし)、水路内平均流速を3段階(0.99,1.49,2.03cm/s)の計12ケース設定した。可視化実験においては、トレーサー(ローダミンB水溶液)を水路上流部から投入し、その流跡をビデオカメラで撮影・観測した。既存のホットフィルム流速計を用いた流速分布測定は、流れの乱流成分が多いため出力が不安定となり、正確な計測ができなかったため、計測手段も含めて今後の課題とした。○研究成果:すべてのケースにおける基本的な流れとして、もぐり堰後方(水路長の0～25%区間)で渦が発生し、その後(25～90%区間)は流れが安定するが、水路底部の流速が遅く、その後越流堰に向かって(90～100%区間)低流速範囲が水面方向に広くなるという形態を示した。また、もぐり堰高さおよび流速を変化させることにより、0～25%の区間内で渦の大きさが変化するが、越流堰前部の低流速範囲には変化がみられなかった。以上の結果より、水路内の流れが安定する25～90%の区間に採熱管を設置することが理想的であると考えられる。今後は採熱管を設置した場合の流れの観測を行う予定である。

○研究目的:申請者は、下水処理水熱等の有効利用のため、専用水路(開渠)と採熱管を組み合わせた開渠設置型多管式熱交換器(以下:本熱交換器)を考案・設計した。本熱交換器は、開渠上流に整流のためのもぐり堰、下流に水深確保のための越流堰を設けているが、設計における開渠内の流速には平均流速を用いており、流速分布は考慮していないため、より厳密な設計を行うためには水路内の流れを把握する必要がある。○研究方法:本熱交換器を模擬した2次元モデル水路を製作した。前面は可視化のために透明板を使用し、水路の有効長は100cm、水深(越流堰の高さ)は12cmとした。実験条件は、上流側もぐり堰の高さを4段階(3,6,9cm,堰なし)、水路内平均流速を3段階(0.99,1.49,2.03cm/s)の計12ケース設定した。可視化実験においては、トレーサー(ローダミンB水溶液)を水路上流部から投入し、その流跡をビデオカメラで撮影・観測した。既存のホットフィルム流速計を用いた流速分布測定は、流れの乱流成分が多いため出力が不安定となり、正確な計測ができなかったため、計測手段も含めて今後の課題とした。○研究成果:すべてのケースにおける基本的な流れとして、もぐり堰後方(水路長の0～25%区間)で渦が発生し、その後(25～90%区間)は流れが安定するが、水路底部の流速が遅く、その後越流堰に向かって(90～100%区間)低流速範囲が水面方向に広くなるという形態を示した。また、もぐり堰高さおよび流速を変化させることにより、0～25%の区間内で渦の大きさが変化するが、越流堰前部の低流速範囲には変化がみられなかった。以上の結果より、水路内の流れが安定する25～90%の区間に採熱管を設置することが理想的であると考えられる。今後は採熱管を設置した場合の流れの観測を行う予定である。