多孔質の流動伝熱現象における相似性に関する研究

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多孔質は、その高い伝熱性能のため種々の伝熱機器に利用されている。しかしこの多孔質の伝熱性能の整理式は、金網、多孔質金属、充填粒子層など箇々の形状のものについては提案されているが、多孔質全体を包含した整理式はまだない。本研究においては金網状あるいは多孔質金属については直接通電加熱により直接熱伝達係数を測定し、また充填粒子層については、流人気体の人口温度をステップ状に変化させて、その温度変化から熱伝達係数を求める、非定常法により測定した。あわせて圧力損失の実験も行い、その結果を加味して多孔質全体に適用可能な熱伝達の整理式を得ることができた。すなわち多孔質の圧力損失は-dp/dx=aμu_o+bpu_o^2(u_oは流速、μ、ρは流体の粘性係数、密度)の式で表現できる。このaは粘性抵抗係数で、bは慣性抵抗係数である。ここでl =1/D8aD8は長さの次元を持つので、これを代表寸法l として、又セルト数(Nu=α_vl ^2/k、k=流体の熱伝導率、α_v=多孔質体の体積熱伝達係数)とレイノルズ数(Re=u_oρl /μ)を定義し、これに空隙率εをパラメータとして加えて整理すると、種々の多孔質体の熱伝達係数を一括して整理しうることが分かった。したがって多孔質体の熱伝達係数の整理式として、下記の式を提案した。Nu=0.9Re^<1.95>〔1-exp(0.8Re^<-1.27>)〕この左辺の値を縦軸に、Reを横軸にとって、われわれの実験結果と、熱伝達係数および圧力損失の両方が測定してある他の研究者の実験結果とをプロットすると、それらの実験結果は上記の整理式に対して±40%の誤差の範囲でおさめられる。ちなみにbも長さの次元をもっており、これをb/D8aD8の無次元数で考慮してみたが、この影響は非常に小さいことが分かった。