局所磁気力が誘起する広範な自然対流伝熱促進

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外部からの摂動により自然対流を広範囲に促進できる可能性があり，これを永久磁石による常磁性流体からの磁気力で可能にすることを目的としている．今年度はまず始めに，対流の非定常化を起こせる条件を明らかにすべく数値解析を実施した．解析は二次元の有限差分法コードを構築し，解析対象として片側加熱の鉛直ダクトを想定した．加熱面の外側にに2個の磁極交互配列磁石を配置することで，流体に局所的な磁場を印加した．その結果，周期的な温度振動が生じることが明らかとなった．時間平均したところ，広範囲な伝熱促進効果が確認された．この効果が発現する条件について加熱冷却面の温度差ならびに磁場強度を変えた解析を実施し，条件を明らかにすることができた．さらに本現象の実現可能性を検証するために相応する実験装置を設計・製作した．常磁性流体として硝酸ガドリニウム水溶液を用い，鉛直ダクトの代わりに鉛直面を加熱・冷却した矩形容器を用いた．加熱面付近のダクトを部分的に模擬するため，容器内に鉛直の仕切りを設けた．磁場印加下の壁面の温度を白金測温抵抗体で計測した結果，不連続な温度振動が発現し，時間平均した結果伝熱促進効果も確認できた．お互いの振動現象の周波数特性を比較した結果，定量的な一致は見いだせなかったが，永久磁石からの磁気力が自然対流を振動化させる点では一定の結果を得た．また，磁場印加時の伝熱促進効果も良好に観察されたことから，一定の目的を達成したと考える．