最適伝熱管配置による固気二相流動の安定化と粒子の局所循環増進による伝熱促進

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前年度の一列水平管群における管外熱伝達の促進手段としての脈動流動層の成果を総括し、引続き管群の管内熱伝達の促進に適用し、その有効性を明らかにした。1.圧力損失 管群の圧力損失は、前縁形状(シャ-プエッジ)、助走区間、粒子挿入、および分散板等のため十分発達した管内層流の場合の圧力損失より著しく増加する。しかし、脈動流による影響は振幅、周波数によらずほとんどない。ただ、流速の増加と共に層流の結果に漸近する傾向を示す。これは、流速の増加と共に層が膨張し、浮遊粒子密度が希薄化するためでである。2.平均熱伝達特性 基本的に定常流も脈動流も流速に対する平均熱伝達特性は、管外熱伝達の場合と同様、流速の増加と共に増加し流動化開始速度の2倍近傍で最大熱伝達率を示し、その後減少し粒子を挿入しない単相流の値に漸近する傾向を示す。脈動流の影響は、周波数、振幅によらず低速域と高速域で熱伝達率が増加するが、最大熱伝達率はほとんど変化しない。これは浮遊粒子密度がある値以上になるとその効果は飽和するためと思われる。熱伝達の最大増加率は、単相流の値の約3倍で、5〜7Hz近傍で見られる。振幅の影響は極めて敏感であり、ある流速以上になると伝熱面の管内から粒子が飛散し熱伝達率は低下する。定常流の場合、スラッギングやチャネリングが発生し、管群間の熱伝達率の不均一性は大きいが、脈動流の場合均一性は極めてよい。全般的に管内流の場合、伝熱管長が重要な因子となる。これは粒子が脈動振幅の値によって管内に停留することなく、管下流端の拡大部に停留し、循環が弱められるためである。