報告書番号

M05001

タイトル（和文）

直接数値計算による超臨界伝熱現象の検討 -第２報：物性値変化による乱流渦増加生成機構-

タイトル（英文）

Dynamic numerical simulation on the Near Wall Heat Transfer of Carbon Dioxide in Super Critical Condition - 2nd report: Creation of new fine scale eddies by varying properties.-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

本研究では、超臨界CO2の乱流熱伝達メカニズムを直接数値計算にて検討した。擬臨界温度近傍で、加熱と冷却模擬して、ヌッセルト数を算出した。超臨界CO2では、熱力学物性値および熱輸送物性値は温度と圧力により、急激に変化するため、本計算では8MPaのCO2物性値に従って、動粘性係数と熱伝導率を変化させた。主流温度が擬臨界温度より高い場合、冷却領域では、壁近傍の流れ方向に伸びる微細渦は強化され、より小さい渦が、局所高レイノルズ数効果により、継続的に生産される。このような一連の現象を「乱流渦増加生成機構」と名付けた。この機構により、大きな乱流熱流束が生じ、熱伝達率の増加につながる。一方、加熱領域では、壁近傍の微細渦は局所的に動粘性係数が高くなったとしても消失しせず、乱流熱流束も物性値一定と同程度には維持される。従って、加熱領域での熱伝達率もそれほどは減少しない。

概要 （英文）

In this study, the mechanism of turbulent heat transport of supercritical carbon dioxide (CO2) is investigated by direct numerical simulation (DNS) under the heating and cooling conditions near the critical point. As the thermal and transport properties of the supercritical carbon dioxide depend on the pressure and temperature significantly, the conductivity and viscosity are varied in DNS according to CO2 properties near the critical point at 8.0MPa. If the bulk temperature was higher than pseudo-critical temperature, fine scale streamwise eddies near the wall are intensified and smaller eddies are continually created in the cooling region due to the local high Reynolds number effects. Therefore, large turbulent heat flux is produced, which results in the increase of the heat transfer coefficient. This turbulent structure is named "Creation of New Fine Scale Eddies". On the other hand, in the heating region, fine scale eddies near the wall do not disappear in spite of the local increase of the viscosity, and then the turbulent heat flux maintains the same level with constant properties case. Therefore, the heat transfer coefficient does not decrease so far in the heating region.

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