噴霧状気液二相流の乱流平板境界層内の流動と熱伝達

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本研究では、噴霧状気液二相流中に置いた等温平板上乱流境界層内の液滴の流動と熱伝達について実験的研究を行なった。実験では、液滴の二方向速度、及び粒径の同時測定を可能とする位相法レ-ザ・ドップラ流速計を新たに開発し、これを用いた。熱伝達に関しては、熱伝達率測定可能な加熱等温平板を製作、使用した。以上より次の結果を得た。液滴の境界層内速度分布及び変動速度分布は主流方向、主流垂直方向共に壁面温度、気液質量混合比、局所レイノルズ数によらず相似的流動を示す。液滴の局所粒径分布は上流部に比べ下粒部の方が、また壁面に近付くにつれ、小液滴が減少し、分散の大きい分布となる。これは境界層内飛行中の蒸発によるものと考えられ、壁面温度が高い方により顕著にあらわれる。しかし、壁面近傍と主流の差異はさほど大きくは無い。また液滴の速度分布は、本研究の粒径範囲(数μm〜150μm)では、主流方向速度の壁面極近傍において大径滴が加速した分布となるほかは粒径に対する依存性は示されない。液滴を加えたことによる熱伝達向上を示す目安としての単相時と二相時の熱流束差は、壁面温度が高いほど、気液質量混合比が大きいほど大きくなる。また、加熱開始点近くを除き、流れ方向に対し一定の値をとる。以上より、次の知見を得た。噴霧状気液二相流における熱伝達促進は壁面、および壁面近傍の液滴の蒸発によりおこなわれる。また蒸発場への液滴の供給は境界層外縁の乱流混合により主流中からおこなわれるが、液滴の流動は諸条件によらず相似性を示すので壁温による促進量の差はあるものの、混合する液滴量に対して、比例した伝熱促進が見込まれる。