報告書番号

N08064

タイトル（和文）

調理器近傍における熱流動現象の解明（その2）－ガス調理解析のための発熱源モデルの提案と浮力上昇流の評価－

タイトル（英文）

Investigation on heat and fluid flow above a cooking heater (Part 2) - Development of heat source model for numerical simulation of gas cooking and estimation of a buoyant plume -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

IH調理器は，火災に対する安全性が高いこと等から，その普及が進みつつある．当所では，IH調理時の室内快適性を確保するための合理的な必要換気量等を明らかにすべく，浮力上昇流の研究を進めている．本報では，IH調理器とガスレンジに対応する発熱源上部の浮力上昇流を対象に，ラージ・エディ・シミュレーションを行った．上昇流の十分に発達した領域において，本解析結果は理論式を満足し，既存の計測値とほぼ一致することが確認された．また，発熱源特性は発熱源上部に発達する浮力プルームの発達に影響せず，IHとガスの発熱源モデルによって形成された浮力上昇流は，いずれも発熱源の直径の2.5倍程度上方の位置において十分に発達し，発達した上昇流への遷移はレーリー数にほとんど依存しなかった．これは，今回設定した発熱源モデルのRa数が十分に高い領域にあるためと考えられた．解析により得られた乱流統計量から，未発達域における規格化された乱れ強さやレイノルズ応力は発達域のものに比べて小さいことが明らかとなった．このことから，運動量の輸送において，浮力の多くが，対流とバランスしており，その結果として乱れと密接に関係するプルーム幅の増加よりも，上昇速度の増加に繋がっていることが示唆された．

概要 （英文）

Large-eddy simulation was performed for buoyant plume above a heat source which represents an induction heating (IH) cooking stove and gas cooking range. Numerical results agreed well with theoretical solutions, and also showed general agreement with existing experimental data in the fully developed stage. The heat source characteristics did not affect on the development of the buoyant plumes above a heat source: a buoyant plume formed by IH- and gas-heat source model were both fully developed at y/D> 2.5 (where y is the vertical distance from the heat source and D is the diameter of the heat source), and the transition to the fully developed region was independent of Rayleigh number, which is non-dimensional number corresponding to the effects of buoyancy. These may be related to very high Rayleigh numbers of the two buoyant plumes. Turbulence statistics by the simulation showed that normalized turbulent intensities and Reynolds stresses in the developing stage were smaller than those in the fully developed stage, suggesting that most of buoyant forces balance with convection in the momentum transport, and this is consequently unlikely to cause the increase of plume width, which has close connection to turbulence, but the increase of upward velocity in the developing stage.

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