粗面をもつ長方形流路内の熱伝達に及ぼす第2種二次流れの効果

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非円形流路内の乱流では、プラントルの第2種二次流れが発生する。この二次流れは、流路の一部に粗面を設けるとき、強くなり、流れのパターンも著しく変化する。本研究では、流路の1面にリブ状の粗面を設けた正方形及び長方形断面の流路について、伝熱特性に及ぼす二次流れの影響を明らかにすることを目的として、(a)全面が滑面の正方形流路(b)1面が粗面の正方形流路、(c)長辺壁の1面が粗面のアスペクト比2の長方形流路、の3種類の流路における実験を計画した。(c)については、流動実験の期間が延びたため、伝熱実験は実施できなかった。本年度の実験によって得られた主な結果は下記のとおりである。(a)全面が滑面の正方形流路(1)平均ヌッセルト数Nuのレイノルズ数Reに対する実験式、Nu=0.0221Re^<0.8>を得た。(2)局所壁面熱流束は、流路の対称軸近傍で極小値を、対称軸と隣接壁面との中間付近で極大値を示したのち、流路隅部に向って減少する。(3)平均温度の流路断面内の等値線は、二次流れの影響により、流路隅部の二等分線に沿って突出し、対称軸上では流路中心に向ってくぼむ。温度の変動強度も同様の分布傾向を示すが、突出・くぼみともにより顕著である。(4)流路の対称軸近傍では、Y^+≦200において、平均温度分布に内層法則の存在が解認された。しかし、隣接壁近傍では、平均温度分布は内層法則から著しくずれた。(b)1面が粗面の正方形流路(1)平均ヌッセルト数は、滑面流路に比べて約3倍大きくなり、レイノルズ数に対して次式で表された。Nu=0.0181Re^<0.915>、(2)流路断面内の平均温度の等値線は、主流速度のそれと類似の、二次流れの影響をうけた分布を示した。(3)滑面壁の近傍では、流路の隅部を除いて、平均温度の分布に内層法則の存在が認められた。