磁性流体を用いたソ-ラシステムに関する基礎研究

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ソ-ラシステムの熱媒体に磁性流体を用いた場合、間接式システムとなるが磁気モーメントの温度依存性を利用して熱エネルギーを直接運動エネルギーに変換できるためポンプが不要となるなどの利点が考えられる。本研究では、磁気および熱エネルギーによってどの程度の流体駆動力が得られるのかを明らかにすることを目的とし、実験と数値解析を行った。まず、磁性流体の基本的な熱流動特性を明らかにするため、立法容器内の自然対流の数値解析と実験を行った。この数値解析手法は従来行った手法を発展させたものである。両者の局所温度およびその時間履歴を比較した結果、実験結果と数値解析結果をよく一致しており、数値解析手法の妥当性が確認された。次に、間接式ソ-ラシステムにおける集熱部から熱交換部における閉循環系をモデル化したロの字型の実験装置を製作し、印加磁場の位置・大きさおよび磁場勾配などを変化させ、実験装置上部の流速をトレーサー法により測定し、磁気および熱エネルギーによってどの程度の流体駆動力が得られるのかを調べた。この実験装置は縦の部分の一方を加熱しその反対側を冷却する熱部、冷却部にそれぞれ永久磁石で印加している。実験の結果、供給熱量が小さいほど、印加磁場による影響が小さいことがわかった。そして、印加磁場位置では加熱部に印加した時が、また同極より異極で磁石を向かい合わせ時が最も流速が大きくなることなどが明かとなった。なお、本実験装置では、自然対流に比べて最大約2.6倍の流速が得られた。