ダイレクトシミュレーション法による表面波を伴う凝縮液膜流の解析

直接模拟法分析伴表面波的凝结液膜流

基本信息

批准号：
08750237
负责人：
宮良明男
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Saga University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

表面波を伴いながら壁面を流下する凝縮液膜流においては、表面波によって熱伝達が促進されることが多くの実験的研究から良く知られている。表面波を伴わない層流液膜の場合はNusseltの理論により流動および熱伝達がほぼ正確に説明できる。しかし、表面波が発生した場合については、表面波の挙動が非線型的であること、液膜の厚さが1mm以下と非常に薄いために流れ場や温度場の測定が非常に困難であることなどの理由から、波の発生から成長のメカニズム、また波による液膜内の流れへの影響や熱伝達促進のメカニズムなどは解析的にも実験的にも解明できないままである。数値計算を用いて液膜流表面波の挙動と液膜内の流れ場を解析しようとする研究はいくつかあるが、気液界面条件の取扱い方法に関しては十分な検討がなされていない。また、温度場の解析や熱伝達特性の検討を行った研究は報告されていない。本研究では、物理空間に固定した計算格子上で基礎式および境界条件を離散化して計算を行う場合に関して、気液界面条件の新しい計算スキームを提案し、その妥当性を検討するとともに、他の研究者によって測定された結果との比較を行い、定性的にも定量的にも良く一致することを示した。また、計算結果から以下のことを明らかにした。表面波は、擾乱周波数が小さい場合にはロールウェーブとキャピラリーウェーブからなる構造の波に成長し、ロールウェーブ中には大きな循環流が発生する。擾乱周波数が小さい場合には隣接した波の相互干渉により、波形が複雑に変形し、キャピラリーウェーブは観察されない。液膜内の温度場は、液膜厚さの変動と液膜内の対流の影響で歪み、層流液膜とは異なった特性を示す。また、その影響はプラントル数が大きい場合に大きくなる。表面波による熱伝達促進には液膜厚さの変動と対流の両方の効果が影響しており、いずれが支配的であるかはプラントル数の値に依存する。

从许多实验研究中众所周知，在带有表面波从壁上流下的冷凝液膜中，通过表面波促进传热。努塞尔特的理论允许在不涉及表面波的层状液体膜的情况下几乎准确地解释流量和热传递。但是，在表面波的情况下，表面波的行为是非线性的，液体膜的厚度在1 mm或更少的情况下非常薄，使测量流量和温度场以及波浪产生和生长的机制以及液体内流动的影响以及促进热传递的机制非常困难。尽管已经进行了几项研究使用数值计算来分析液体膜流动表面波和液体膜中流场的行为，但尚无对如何处理气体液体界面条件的充分考虑。此外，尚无报告分析了温度场或研究传热特征的研究。在这项研究中，我们提出了一种新的计算方案，以在基本方程式和边界条件下在固定在物理空间中的计算晶格上离散并检查这些计算的有效性并将其与其他研究人员测量的结果进行了比较，并将其与其他研究人员进行了比较，这表明它们在定性和定量上均处于良好的一致性和定量上。计算结果还揭示了以下内容：当干扰频率很小时，表面波生长成一个由滚动波和毛细管波组成的结构的波，并且在滚动波中发生了较大的循环流。当干扰频率很小时，相邻波之间的相互干扰会导致波形的复杂变形，并且未观察到毛细管波。由于液体膜厚度的变化以及液体膜中对流的影响，液膜内的温度场被扭曲，并表现出与层流液膜不同的特性。此外，当prandtl数量较大时，效果会增加。液体膜厚度变化和对流的效果都受表面波的影响以促进传热，而哪个是主要的取决于prandtl数值。