ノンフロン自然冷媒に適用される超音速二相流エジェクタの開発

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本研究の目的は,ノンフロン冷媒を使用した高効率の二相流エジェクタサイクルを開発し,空調および冷凍サイクルの効率を向上させることである.本年度は,.特に,二相流エジェクタの内部流動を解明するため,エジェクタ混合部などにおける流動形態である低クオリティ域超音速ミスト流れ場中に発生する衝撃波や膨張波などの現象に焦点を当てた.主な研究内容として、二相流エジェクタを用いた冷凍サイクルの実験装置の製作および高速圧縮性二相流の数値解析を並行して行った.数値解析は,気液相間で行われる熱輸送および質量輸送を考慮した解析モデルを提案し,二相流エジェクタ内に発生する衝撃波や膨張波の特性を調べた.まず,熱緩和現象を伴う流れ場中に発生する空気-水系二成分二相流の斜め衝撃波の特件をCIP法によって解析を行った。熱緩和現象を伴う二相流斜め衝撃波は,輸送過程が凍結および平衡状態の衝撃波角の間に常に存在することなどが明らかにされ,これら結果は,日本冷凍空調学会論文集にて出版された.また,相変化を伴う解析は自然冷媒として実用化が始まっている炭酸ガスを実在気体として扱い,解析を行った.この研究によって,ミスト流中に発生する相変化を伴う二相流斜め衝撃波の基礎的性質が明らかになった.この相変化を伴う圧縮性ミスト流れの解析コードを用いて,二相流エジェクタ内に設置されたノズルより噴出される超音速ミスト流の基礎的性質を数値解析により調べた.この解析により,分散相となる液滴が引き起こす非平衡の効果が噴流に及ぼす影響を明らかにし,この研究結果は機械学会にて発表された.