EHD乱流熱伝達促進のシミュレーションと実験的検証

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EHD乱流をラージエディーシミュレーションで数値解析しメカニズムを解明する研究を行った。まず、現象をモデル化するために必要であったイオンの種類についてはラングミュアプローブを用いた実験により負イオンの存在が主要であることが明らかになったので、負イオンのみ存在する場と近似し、負イオンにより生ずるクーロンカのみを考えて数値解析した。第1近似モデルとしては電荷密度分布を一定にし、一様なクーロンカが働く場で、乱流がどのように変化するかを検討した。その結果、一様なクーロンカの場合は、電界中の圧力が上昇し圧力勾配が生じるのみで乱れの発生には結びつかないことが明らかとなった。それ故、乱流の速度の乱れ成分による電荷分布のばらつきがクーロンカの変化を生じさせ、クーロンカに分布があることにより新たな乱れ成分が発生するというメカニズムを第2近似モデルとして考える必要のあることがわかった。ナビエストークス方程式の外力項と電流の連続式の対流電流成分項をカップリングさせ数値計算を行っている。さらにラージエディーシミュレーションモデルをEHDを含む場合に拡張する定式化を行い、粘性の主要となる高周波数領域においては通常の乱流と同じ現象になるという実験に裏付けられた仮定を用い定式化を完成した。今後この計算を発展させ、電極間隔をさらに小さくした場合の熱伝達と圧力損失消費電力の関係を最適化させる研究を実施する予定である。