時系列フラクタル伝熱構造の制御による高性能アクティブ伝熱促進

通过控制时间序列分形传热结构促进高性能主动传热

• 批准号: 15760134
• 负责人: 瀬名波 出
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: University of the Ryukyus
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760134/
• 关键词: 非定常乱流場の伝熱機構; 流れの可視化; 画像粒子計測; 時系列フラクタル構造; 赤外線カメラによる温度計測; 流れのアクティブ制御; 高効率伝熱促進; 伝熱量・運動量変化の非相似性

本研究では複雑な非定常乱流場の伝熱現象解明のために,染料を用いた流れの可視化で複雑な非定常渦の発生現象を確認しながら、発光粒子を流れ場に加えてPIV画像を行い定量的流れ場の計測を行った.取得画像は染料による流れの色情報と発光粒子による輝度情報を同時撮影したものとなり,輝度情報をPIV計測用画像として処理する.本手法により提案する条件付データ抽出により、非定常に発生するはく離渦および縦渦が存在する複雑な場での流れの詳細な情報および熱移動メカニズムを調べることができる.その際,データ処理において最も重要となるのはいかに解析に適した画像が得ることができるかという点にある.またもう1点重要なポイントとして取得した画像のPIVデータ処理プログラム作成が挙げられる.以下に本研究において最も重要となる二つのポイントおよび得られたデータの解析結果についての研究実績を示す.まず本研究で実験対象とする非定常に発生する2次元および3次元渦を有する場として矩形流路内に鈍頭物体を壁からの距離を自由に変えられるよう設置し,鈍頭物体後流の渦およびそれに伴う壁面近傍に発生する渦をアクティブ制御可能とする実験装置を製作した.本実験装置において基本的にカルマン渦,2次元はく離渦およびそれに誘起される壁面近傍の底渦,後ろ向きステップ流れの3種類の流れ場が生ずる.以上の流れ挙動を染料による可視化で確認した後に本手法で提案するPIVとの同時計測を行った.なお本実験を遂行する主要設備としてデジタルハイスピードビデオカメラおよびレーザーシート光源を購入した.本ビデオカメラはフルフレーム1000コマ/秒の高速度撮影が可能でありレーザーシート光源を併用することで研究対象である複雑乱流場の画像取得に適している.PIVデータ処理および速度ベクトル場,渦度場検出処理は自作プログラムを作成した.プログラムを自作することで本研究における実験システム全体を安価に構成することが可能となった.以上より特に物体より発生するカルマン渦または2次元はく離渦およびそれに誘起される壁面近傍の底渦の非周期挙動について条件付抽出を行いデータ解析を行った結果,底渦のベクトル・渦度の時系列変動およびそれと関連する熱移動現象を確認することができた.

在这项研究中，为了澄清复杂非稳态的非湍流场的传热现象，我们使用染料可视化流量以确认复杂的非稳态涡流的现象，并通过将发光颗粒添加到流场中来进行定量流场测量。获得的图像是由染料和发光颗粒的亮度信息引起的流动颜色信息的同时照片，并且将亮度信息作为PIV测量图像处理。通过此方法提出的条件数据提取，可以研究在复杂场中的流动中的详细信息，其中可以研究任何时间发生的分离涡流和垂直涡流。在这种情况下，数据处理中最重要的是如何获得适合分析的图像。另一个重要的一点是为获得的图像创建PIV数据处理程序。以下是本研究中两个最重要的一点的研究结果以及所获得的数据的分析结果。首先，作为一个有两个不断发生的二维和三维涡流的领域，这是本研究中实验的主题，在矩形流动路径中安装了一个钝器物体，以便可以自由地更改与墙壁的距离，并且可以自由地更改与墙壁的涡流和钝物的尾巴和伴随宽面积的距离。我们制造了一个实验设备，该设备可以积极控制实验设备中产生的涡流。在这个实验设备中，基本上产生了三种流场：卡尔曼涡流，二维分离涡旋，墙壁表面附近的底部涡流以及向后的台阶流动。在用染料可视化确认上述流动行为后，我们使用了使用此方法提出的PIV同时进行测量。我们购买了数字高速摄像机和激光板灯源，作为进行此实验的主要设备。这款摄像机能够以每秒1000帧的全帧进行高速成像，我们使用激光板灯源来执行激光片光源。通过一起使用，它适用于复杂湍流场的图像获取，这是研究的主题。我们创建了一个用于PIV数据处理和速度向量字段和涡度字段检测处理的程序。通过我们自己创建程序，可以在这项研究中以低成本构建整个实验系统。从上面，我们专门提取了由物体产生的Kalman涡流或二维分离涡旋，以及对壁表面附近底部涡旋的上涡流行为进行的数据分析，以及底部涡旋的时间序列变化以及相关的热传递现象。