2次流れを生成するふく射促進体による高温場での伝熱促進に関する研究

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燃焼ガスなどの高温気体の熱エネルギーの有効利用のために, 強制対流と共にふく射による伝熱促進が可能な管内に2次流れを生成する2つの促進体について, 理論的, 実験的研究を行った. 1つは伝熱管より直径の小さな有限高さの傾斜円管を, その底面を伝熱管軸に直交させ設置したもので, もう1つはねじり方向の異なる一対のねじりテープを管内に設置したものである. 前者については, 簡単なモデル化により性能予測を行った. 2次流れにより速度・温度分布は非対称となり, その伝熱促進効果は単管の2.8倍となり, 更にふく射を考慮すれば単管の約57倍という高い値が得られた. 後者については理論的な検討が困難なため, 流れ場の特性をLDVで測定するとともに, 圧力損失, 伝熱性能を実験的に明らかにした. ねじりの1ピッチの長さは165mm管径は50mmである. (1)流れ場の測定結果 テープ上方では管路中心部を通った流れが上昇してくるために, 中心で上向き速度Vが正で, これに対応して軸方向速度Uは凸形の分布となる. この上昇流は左右に分かれて壁面に沿って流下するので, 両壁面近傍でVは負となる. 一方, テープ下方では壁面に沿った流れが中心部に流入してくるために, 速度Uは凹形の分布となるが, Uの負の領域は存在せず, 2次流れ速度は最大で軸方向速度の50%以上である. 変動値は断面内でほぼ一定で等方的である. 速度分布から, 本研究で用いた促進体は流れの大規模な撹はんに効果的であることが分かった. 2)抵抗係数と熱伝達 この促進体による管路の流動抵抗は平滑管の約9倍程度であるが, 壁面積の増加がRe数の低下の効果が約2.4であるので, 実効的な流動抵抗の増加は約3.5倍である. これに対し, 伝熱実験からえられた熱伝達の促進率は約2.8倍であり, ほぼ抵抗の増加程度の伝熱促進が達成されており, 後者の促進体がふく射伝熱の支配的な場では有効であることが分かった.