マイクロバブルを含んだ乱流自然対流場の総合的理解に関する研究

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鉛直加熱平板における自然対流熱伝達を促進させる有力な方法として,作動流体が液体の場合には,マイクロバブル(以下,微細気泡)の利用が考えられる.しかしながら,微細気泡を含んだ自然対流場の熱流動構造は,未だ包括的に理解されていない.本研究では,自然対流熱伝達に対する微細気泡注入の影響を実験的に明らかにすることを目的とし,熱電対による温度計測とPTV(Particle Tracking Velocimetry)による気液二相速度同時計測を行った.気泡注入量gが,34<Q<57mm^3/sの範囲において,得られた知見を以下に示す.(1)層流域・乱流域ともに,微細気泡注入により,全ての計測条件に対して熱伝達率比が1を超える.このため,微細気泡を用いることにより,低気泡注入量で自然対流の大幅な伝熱促進が可能であると言える.なお,乱流域での熱伝達率比は,層流域でのそれよりも小さい.つまり,微細気泡の注入による伝熱促進は,層流域で顕著となる.(2)層流域・乱流域ともに,気泡注入量の増加に伴い熱伝達率比が増加するものの,乱流域での気泡注入量に対する熱伝達率比の増加率は,層流域でのそれよりも小さい.このため,乱流域では,層流域に比して,微細気泡の注入により誘起される移流効果もしくは混合・かくはん効果が顕著とならない.なお,層流域での気液二相速度計測結果から,上流では,気泡注入による移流効果が,下流では,混合・かくはん効果が伝熱促進の要因であることが明らかとなった.(3)層流域・乱流域ともに,熱流束の増加に伴い熱伝達率比が低下するものの,乱流域での熱流束に対する熱伝達率比の低下率は,層流域でのそれよりも大きい.このため,乱流域では,流れ固有の液体変動と気泡誘起型の液体変動との干渉により,比較的小さな熱流束で,熱伝達率比が1を下回る可能性がある.