一様な下降流中に置かれた水平加熱円板上の共存対流について

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は、水平な加熱円板から立ち昇る自然対流に対し逆向き、すなわち鉛直下方に一様な強制対流を流した、いわゆる共存対流の流動および熱伝達を実験的に解明したものである。まず、加熱円板上の流動および伝熱特性を包括的に把握するため、水を試験流体として伝熱面まわりの流れを染料で、また伝熱面表面温度を感温液晶シートでそれぞれ可視化した。可視化は、直径D=22mmの円筒ダクト内に直径d=100および50mmの等熱流束加熱円板を水平上向きに設置した場合を対象に行った。その結果、純自然対流時には層流境界層流が円板外周部に生じ、ついでこの境界層流が3次元的にはく離し、筋状の流れとなって円板中心部にまで達した後、鉛直上方に流れ去ることが確認された。一方、鉛直下方に強制対流を印加すると、円板中心部に強制対流によるよどみ域が生じ、流速の増加と共に急速にこの領域が拡大していくことが明らかになった。このよどみ域の拡大に伴って、上述の自然対流が支配する領域は次第に縮小し、遂には円板表面全体が強制対流支配となることが確認された。これらの可視化結果を参考にして、円板の半径および周方向の局所熱伝達率の測定を行った。その結果、純自然対流時には上述の3次元はく離と筋状流れの発生に伴って、熱伝達率は半径方向だけでなく周方向にも大きく変化することが確認された。これに対して、強制対流を重畳させると自然対流が支配的な円板の外周部では、局所熱伝達率は相変わらず半径、周方向ともに変化するが、強制対流が支配的な円板中央部ではほぼ一定な熱伝達率が実現されることが解った。また、これらの可視化および局所熱伝達率の測定結果をもとに、円板上の強制および自然対流支配域の一般的な領域判別法を提案すると共に、一様な熱伝達率を得るための条件を明らかにした。なお、これらの結果の詳細については、近く講演論文として発表する予定である。