静止流体中で回転する円周部にフィンを有する円筒の熱伝達機構

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本研究では,静止流体中で回転する円周部にフィンを有する円筒の熱伝達現象の解明に取り組みました.35度の迎角を持つ直線形状の傾斜フィン及び菱型のピンフィンを千鳥に配列した真鍮製ロータモデルを用い,直接通電加熱による平均熱伝達率の計測と,熱伝達と物質伝達のアナロジを利用したナフタリン昇華法による局所熱伝達率分布の計測を行った.また,ロータ回転時の平均流速ベクトル分布をLDVにより計測した.(1)傾斜フィンでは,風の入口と出口との熱伝達率を比較して両者に大きな差があり,入口付近が最も盛んに熱伝達が行われ,出口に近づくにつれて徐々にそれが少なくなっている.また,回転時に自ら高速の風を起こすことができ空気の更新が行われやすいことから熱伝達率を高くすることができるが,風の流れ自体は二次元的で単純であることがわかった.(2)ピンフィンでは,熱伝達率の分布は全体的に左右対称の形であるが,中心部に近づくにつれて熱伝達が衰えていく傾向があり,特にフィンの後流部分は熱伝達が悪い.また,風を起こす能力が傾斜フィンに比べて弱いため空気の更新がうまく行われず,熱伝達率を高くすることはできないが,風の流れ自体は三次元的で複雑であることが明らかとなった.そこで,今後はさらなる熱伝達率の向上を目指して,両形状の長所を併せ持った形状,すなわち回転時に自ら高速の風を起こすことができ,かつ三次元的で複雑な流れを作れるフィン形状を考案することが課題である.