ふく射性ガスの非灰色性質を利用した高効率熱交換器の開発

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1.理論的研究:平行吸熱面で囲まれた流路内の二次元層流流動系を対象とし、吸熱面間の中間位置に固体面を入れた場合の伝熱促進効果を数値解析により明らかにした。気体としては炭酸ガス・水蒸気および燃焼ガスを対象とし、一様温度で入口より流入するものとする。初めに炭酸ガスを対象とした数値解析を行ない、固体面を配することにより吸熱面への伝熱量は入口近傍を除き約80%増加すること、この伝熱促進効果は主としてふく射伝熱促進によるものであることを明らかにした。また主として対流ふく射変換による伝熱促進を表わす灰色ふく射解析結果は入口近傍を除き高々30%の伝熱促進効果を予測するにすぎず、気体の非灰色性質に基づくふく射伝熱効果が主要な役割を果たしていることが明らかとなった。水蒸気、燃焼ガスの場合にも同様な伝熱促進効果が予測され、水蒸気の場合には約60%、燃焼ガスの場合には約70%の伝熱促進効果が期待できる。2.実験的研究:ふく射性ガスの非灰色性質に基づくふく射伝熱促進効果を実験的に検証するために実験的研究を行なった。燃料の都市ガスおよび空気は燃焼部で燃焼し、生成された高温燃焼ガスは絞り部を経て測定部に導入される。測定部は10cm×50cmの長方形断面を有しており、側壁はすべて水冷されている。燃焼ガスの温度測定はPt/Pt13%Rh熱電対により行ない、熱電対からのふく射損失に対して補正を施した。また燃焼ガス組成の測定はガスクロマトグラフにより行なった。吸熱面、固体面ともピロマルク塗装した黒体面の場合について、冷却水流量と冷却水温度上昇から伝熱量を求め、伝熱促進効果の測定を行なったところ、理論で予測される伝熱促進効果が得られ、ふく射性ガスの非灰色性質を利用した伝熱促進効果を実験的に検証することができた。