報告書番号

N14013

タイトル（和文）

鉛直加熱壁に沿う自然対流境界層の周囲流体の流れ込みを考慮した数値計算

タイトル（英文）

Numerical simulation considering an entrainment on a natural convection boundary layer along a vertical heated wall

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

鉛直加熱平板に沿って発達する自然対流境界層は火災シミュレーションが用いる熱伝達率計算式の参照場である．本報告はその特性である（１）層流-乱流状態の混在，（２）空間発達性について考慮をしたラージエディシミュレーションによる計算手法を構築した．
本手法の特色は（１）壁近傍に高解像度を付与した，（２）壁面現象に見合うサブグリッドスケールモデルを導入した，（３）流れの空間発達に伴う質量の補てん（エントレインメント）を考慮したことである．
結果として，層流-乱流の遷移域についてはサブグリッドスケールモデルや主流方向解像度に依存する可能性があるものの，十分な格子解像度の付与により，層流域および乱流域の熱伝達率が実験値と一致した．また，温度場の可視化により熱流動場が静穏な層流状態から空間偏差の大きい乱流状態へ変化する様子が明らかになった．
今後，発電所内外における大規模火災や自然現象で見られる熱対流場のような，大規模な熱流動場の熱伝達特性の解明を試みる．

概要 （英文）

Fire models use a wall function in the calculation of the heat transfer rate between the heated wall and a fluid. The function is constructed from the empirical properties in a natural convection boundary layer along a vertical plate. It is effective in the view of time-saving for calculations; however, the heat transfer rate of the natural convection boundary layer is not simple as the functions because a laminar, turbulent and transition regions coexist.
With the growth of computational resources, the near-wall region, where the wall function is no more effective, will be directly resolved. This report focuses on the accuracy of the large eddy simulation on the natural convection boundary layer without the use of the wall function.
As a result, the transition region from laminar to turbulent flow fairly depended on the grid resolutions of the stream wise direction, and the Subgrid-scale model's effect on this uncertainty is still pending. However, with sufficiently high grid resolution, the results of the heat transfer rate and the profile of the flow field agreed well with the experiments. In addition, the visualization of the spatial temperature distribution revealed the transition from laminar to turbulent flow.
The existing information about the heat transfer rate is confined to a scale of laboratory experiment. This is smaller than the very large scale disasters in and outside the power plant. The investigation about the heat transfer rate in such a very large scale flow field will be the next goal.

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