報告書番号

U96035

タイトル（和文）

熱膨張を考慮した自然対流乱流境界層の乱流モデルの提案

タイトル（英文）

DEVELOPMENT OF TURBULENT MODEL CONSIDERING THERMAL EXPANSION EFFECTS OF NATURAL-CONVECTION BOUNDARY LAYER

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

代表的な乱流的な乱流モデルを用いて鉛直加熱平板上の自然対流乱流境界層の解析を実施した。その結果，壁近くでレイノルズ応力ｕｖが零となる，すなわち流体のせん断応力による乱流エネルギの生成が存在しないという自然対流境界層に特有の乱流構造を正確に表現できないことがわかった。そこで流体の熱膨張による乱流エルギの生成機構をモデル化するため，速度場と温度場の相互作用を通常の運動量保存則にだけではなく，質量保存則および状態方程式にも考慮したモデルを新たに提案した。本モデルでは，自然対流境界層の流れの駆動力が温度場によることを考慮し，温度場の大規模渦を代表する時間スケールの影響も考慮している。本モデルを用いた解析より，平均熱伝達率の予測精度が１３％向上し，壁近傍のｕｖもほぼ零となることが明らかになった。さらに周囲流速を変化させた解析を行い，自然対流だけでなく，共存，強制対流境界層に対しても有効であることを確認した。

概要 （英文）

CRITICAL ASSESSMENT OF EXISTING TURBULENCE MODELS HAS REVEALED THAT THERE IS NO TURBULENCE MODEL REPRESENTING THE TURBULENT STRUCTURE OF THE NATURAL-CONVECTION BOUNDARY LAYER.IN NATURAL-COVECTION BOUNDARY LAYER,TURBULENCE ENERGY IS GENERATED NOT BY SHEAR STRESS OF FLUID BUT BY THERMAL EXPANSION OF WORKING FLUID.TO PREDICT TURBULENCE GENERATION DUE TO THERMAL EXPANSION,A TURBULENCE MODEL WAS DEVELOPED CONSIDERING THE CORRELATION BETWEEN VELOCITY FIELD AND TEMPERATUREFIELD IN THE MOMENTUM CONSERVATION EQUATION,MASS CONSERVATION EQUATION,AND STATE EQUATION.THE MODEL WAS APPLIED TO A NATURAL-CONVERCTION BOUNDARY LAYER ALONG A VERTICAL FLAT PLATE AND THE MODEL PREDICTIONS FOR THE TURBULENCE CHARACTERISTICS SHOWED GOOD AGREEMENT WITH EXPERIMENTAL DATA (REYNOLDS STRESS BECAME ZERO NEAR WALL.).THE DEVELOPED MODEL WAS USED TO INVESTIGATE THE HEAT-TRANSFER CHARACTERISTICS FOR A MIXED-CONVECTION BOUNDARY LAYER.

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