クライオクーラの伝熱学的研究

制冷机传热研究

• 批准号: 09875060
• 负责人: 鈴木 健二郎
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09875060/
• 关键词: クライオクーラー; スターリングサイクル; 非ダルシー則; 熱的非平衡状態; 往復動流; 再生器; フライオク-ラ

クライオクーラの蓄冷器はメッシュ(金網状膜)が多層に重なり合った一種の多孔質固体で出来ており,熱エネルギーの温度勾配遡上方向への輸送を可能にしている.この蓄冷器と往復流動する熱媒体の間の熱移動現象を司る基本構成要素は,メッシュを構成する各細線と流体との間の非定常熱伝達および細線内部での非定常熱伝導である.昨年度は往復動流下において,細線を模擬した円柱周りの熱流動場の二次元非定常数値解析を行い,その結果得られる速度情報を用いて温度場を予備的に解析・検討した.本年度も引き続き,その二次元非定常数値計算を行い,併せて計算コードの三次元化へのアプローチについても検討を加えた.また,これとは別に,蓄冷器を多孔質固体総体として取り扱う形で,非ダルシー則を導入した熱的非平衡モデルを考案し,非定常数値解析を行った.その際,(1)非圧縮性流体,(2)時間と横方向座標のみに依存する完全発達流れの速度分布,(3)軸対称温度分布,(4)温度場に比べて早く定常状態が実現する速度場,の四項目を仮定として設け,この解析法の有効性を確認した.得られた結果として,多孔質体内での速度は固体壁近傍を除いて一様に正弦波的に変化する.この場合,圧力勾配は速度とある位相を保って変化する.空隙率が増すと,流れの非定常性が現れやすくなり,高次の調和振動が起こる.この高次の調和振動は有効摩擦係数に重大な影響を及ぼすことが分かった.また,再生器の効率はレイノルズ数が10^4であっても,通常のメッシュスクリーンの場合,0.9程度の高い値をとる.空隙率が増すと,温度変動の振幅はより大きくなり,再生器の効率が低下するということも分かった.

The regenerator is composed of multiple layers of a porous solid, and the heat transfer is possible due to the temperature adjustment of the regenerator. The basic elements of the regenerator and the heat transfer phenomenon between the reciprocating flow of heat medium are the unsteady heat transfer between the fluid and the thin wire and the unsteady heat transfer inside the thin wire. The analysis of the two-dimensional non-constant value of the thermal flow field in the cylinder cycle was carried out in detail, and the results were obtained from the analysis of the velocity information and the temperature field. This year, we will introduce a series of two-dimensional non-constant value calculations, and we will calculate the three-dimensional transformation of the software. In this case, the regenerator is porous solid body, and the shape of the regenerator is different. In this case,(1) non-compressible fluid,(2) velocity distribution of perfectly developed flow depending on time and transverse coordinates,(3) axis-symmetric temperature distribution,(4) velocity field of temperature field which is realized earlier than steady state, are determined and assumed, and the effectiveness of this analytical method is confirmed. As a result, the velocity in porous materials changes from a sine wave near the solid wall. In this case, the pressure is matched with the speed and the phase is changed. Voidage increases, unsteady flow occurs, and harmonic vibrations of higher order occur. High order harmonic vibration has a significant effect on the coefficient of friction. The efficiency of the regenerator is 10^4, usually 0.9 and high. The porosity increases, the amplitude of temperature changes increases, and the efficiency of the regenerator decreases.

项目成果

K.Suzuki: "Analysis of a Regenerator in a Stirling Cycle using a Porous Media Model" 日本機械学会第75期通常総会講演会講演論文集. (発表予定). (1998)

K.Suzuki：“使用多孔介质模型分析斯特林循环中的再生器”日本机械工程师学会第 75 届普通大会记录（待提交）（1998 年）。

K.Suzuki 他2名: "Analysis of Flow and Heat Transfer in a Regenerator Mech Using a Non-Darcy Thermally Non-Equilibrium Model" Proc.11th Infl Symp.on Transport Phenomena. 580-585 (1998)

K.Suzuki 和其他 2 人：“使用非达西热非平衡模型分析再生器机械中的流动和传热”Proc.11th Infl Symp.on Transport Phenomena (1998)。

K.Suzuki: "Regenerator Models for Stirling Cycles" Thermal Science & Engineering. 5・3. 31-40 (1997)

K.Suzuki：“斯特林循环的再生器模型”热科学与工程 5・3（1997）。