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マイクロスケール熱流動科学の数値解析的研究

微尺度热流体科学数值分析研究

基本信息

批准号：
12750159
负责人：
岩井裕
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は将来のマイクロ熱交換器を念頭におき,流れがすべり流となるようなマイクロスケールにおける熱流動場について数値解析的手法を用いて検討し,マイクロ熱流動現象の基礎的知見を得ることを目的としている.前年度には支配方程式に境界層近似を施すことで得られる放物型偏微分方程式を数値的に解く計算プログラムを作成したが,本年度にはこれをさらに改良し,マイクロスケール流れにおける粘性消散の影響について検討した.その結果,マイクロスケールでは,流れが層流となるような充分に低いレイノルズ数域であっても流速は大きいため,壁面近傍における速度勾配が非常に大きくなることから,粘性消散の影響により断面内の温度分布が非一様となることがわかった.またやはり前年度に作成した,境界層近似を施さず支配方程式の楕円型微分方程式を数値的に解く計算プログラムを利用し,マイクロスケールノズルを対象に,これまで検討された例が少ないマイクロスケール流路の入口効果についての検討を行った.その結果,ノズル入口部において流体の加速と流れのはく離によって大きな圧力損失が生じ,それに付随して流体温度もこの位置で急激に低下することなどがわかった.さらに差分法による直接数値解析(DNS)プログラムを用いて壁面にすべり境界条件を課したチャネル乱流の計算を行った.この計算では,流路の代表長さが数ミリ程度でありその意味ではマイクロスケール流れとは呼べないものの,壁面の表面粗さを代表長さとするクヌッセン数が大きいような場合を想定している.このような場合の壁面境界条件についての確固とした知見は得られていないが,本計算ではそのモデルとしてすべり境界条件を適用したものである.その結果,壁面すべり速度が大きくなると,壁面近傍における主流方向とスパン方向の乱れ強さはともに大きくなることなどがわかった.

This study aims to explore the fundamental knowledge of heat flow phenomena by means of numerical analysis of heat flow field. In the previous year, the boundary layer approximation of the governing equation was applied, and the numerical solution of the radiation-type partial differential equation was calculated. In the current year, the influence of viscosity dissipation was improved. As a result, the flow velocity is large in the laminar flow field, and the velocity is very large near the wall. The temperature distribution in the cross section is not uniform due to the influence of viscous dissipation. In the previous year, the boundary layer approximation was applied to the governing equation and the differential equation of the form of a circle. The numerical solution of the equation was calculated by using the equation. As a result, the acceleration and flow of fluid at the inlet portion of the fluid increase and pressure loss increases, and the fluid temperature decreases rapidly with the position of the fluid. The direct numerical analysis (DNS) method is used to calculate the turbulence in the boundary conditions. This calculation is based on the calculation of the representative length of the flow path and the number of times the representative length of the flow path. In this case, the boundary condition of the wall surface is determined. The calculation is based on the boundary condition. As a result, the velocity of the wall surface is high, and the direction of the main flow near the wall surface is high.