軟磁性体粒子群を含む気体を用いて局所熱伝達率の増進と制御

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気体を作動媒体とする熱機器において、熱輸送の高効率化を行うには、作動媒体の輸送動力を極力押さえ、かつ、熱伝達の高いシステムが必要となる。本研究では分散系粒子群に軟磁性粉体を用い、磁場を印加することで、分散系粒子群の流動に関し機能性をもたせ、効率的な伝熱の促進を行うものである。軟磁性材のキュリ-温度を選ぶと、昇温した粒体は磁性を失い、堆積することなく遂次流体によって下流に温ばれるようにできる。本年度の得られた結果は以下の通りである。1)従来のフェライト粒子の他に、比重が1程度のポリスチレンポリマ-の粒子の表面にキュリ-温度が約100℃のNiーZnフェライトの微粒子をコ-ティングした複合粒子を作製した。この粒子により、比較的低流速でも粒子の搬送が行えることが確認できた。2)昨年、製作された伝熱実験流路を用い、本年度は希土類コバルト磁石(永久磁石)を使用して実験を行った。設置した磁石の直後の位置で熱伝達率が著しく増加する。賦に下流にもう一つの磁石を設置するとその直後の位置においてより大きな熱伝達率の増加がみられた。複合粒子を用いた場合には、より低質量混合比で熱伝達率の促進が確認された。3)流動場の計測にはファイバLDVを用い、粒子の平均速度および、その変動値、更に数密度分布を詳細に測定した。磁場の印加により、粒子の変動速度が大となり、気相の攪乱郊果が推測される。壁面近傍の数密度分布は磁場印加点直後にピ-クを有する形状となり、熱伝達特性と整合性のある結果を示した。4)粒子の運動に関して、ラグランジュ的に粒子の軌跡を追うストカスティックモデルを用いて数値シミュレ-ションを行った。その結果はLDVによるものと良い一致が見られ、磁場の作用が明らかになり、伝熱促進に効果的な条件の予測が可能となった。