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密度成層化した2液層間の熱・物質移動に関する研究

两密度分层液层间的传热传质研究

基本信息

批准号：
06452183
负责人：
棚沢一郎
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

温度および濃度を異にする2つの液体が、容器内で安定に密度成層を形成している状態に対して、容器壁面を通しての入熱があると、2液層内で自然対流が発生し、2液層境界面を通して熱・物質移動が生じ、最終的には両液層の密度差が低減することによって両層が急激に混合するにいたる。本研究は、このような現象、いわゆるロールオーバー(反転)現象を引き起こす基本的メカニズムとして重要と考えられる、2液層界面での熱・物質移動の解明を目的とする。具体的には、密度成層化した2液層の入った容器の壁面を加熱した場合に生ずる流動および熱・物質移動について、とくに2液層間の界面付近で生ずる現象の観察・解明に重点をおいて、数値解析および可視化実験を行った。その結果、数値計算では、加熱開始直後から2液層内にそれぞれ別個の自然対流(ロールセル状)が発生するが、下層壁面に沿って上昇する境界層流れが、しだいに上層に侵入し、時間とともにその度合いが強まり、やがて上層表面(自由液面)に到達するようになると、急激に両層液が混合し始めることがわかった。一方、エチルアルコール水溶液あるいは食塩水を用いた可視化実験においても、上述のものと同様の現象が観測され、密度成層化した2液層の混合に当たって、下層液の壁面に沿う流れの上層への侵入が重要なメカニズムの一つであることが確認された。また、これとは別に、レーザーホログラフィ干渉法を用いて2液層界面付近の屈折率分布を可視化することによって、界面を通しての熱および物質移動量を求めた。その結果、熱流束および物質流束と両液層間の温度差・濃度差の関係が求められた。

The temperature and concentration of the liquid are different, the density of the stable layer in the container is formed, the temperature of the wall of the container is communicated, the heat is introduced, the natural flow in the liquid layer is generated, the heat of the boundary surface of the liquid layer is communicated, the material movement is generated, and the density difference of the liquid layer is reduced. This study is aimed at explaining the heat and material movement at the interface of two liquid layers. The specific phenomenon of stratification, density stratification and heat transfer occurs when the wall surface of the container is heated. The phenomenon of interface proximity between the two liquid layers is observed and clarified. The key point is to analyze the numerical value and visualize it. The results are as follows: Calculation of numerical values: After the start of heating, there are different natural flow patterns in the liquid layer. The lower wall surface rises along the upper layer. Laminar flow occurs. The upper layer intrudes. The time is different. The upper layer surface (free liquid surface) reaches the upper layer. The mixture of the liquid layer is excited. In addition, the above phenomena are detected and the density stratification is confirmed when the upper layer of the lower layer of the liquid intrudes into the upper layer of the lower layer of the liquid along the wall. In addition, the Lerouille method is used to visualize the refractive index distribution near the interface of the two liquid layers and to calculate the amount of heat and material movement through the interface. The relationship between the temperature difference and concentration difference between the heat flux and the material flux is obtained.