ブックタイトルマツダ技報　2016 No.33

概要

マツダ技報　2016 No.33

No.33(2016)マツダ技報した。熱流束は,遮熱壁および金属壁の双方で、圧縮上死点前付近でピークを取り,その後,膨張にともなって減少する。圧縮上死点前付近で熱流束がピークをとるのは,対流熱伝達に強い影響を及ぼすピストン速度の影響が強いためと思われる。遮熱壁と金属壁の熱流束の値に最も差が生じているのは,????が198mm付近である。この時,遮熱壁の場合の熱流束が0.13MW/m2 ,金属壁の場合が0.23MW/m2となっており,遮熱壁の場合は金属壁の場合の約56%の熱流束に留まっている。以降の高速μPIV計測では,遮熱壁と金属壁の間で熱流束値に最も差が生じる???? ? 198??における流れの現象について説明を行う。Wall Surface Temperature T w [K]Wall Heat Flux q w [MW/m 2 ]3603503403303203103002900.250.200.150.100.050.00-0.05Heat Insulated WallTDCMetal Wall0 110 220 330 440Cam Posision L cam [mm]Fig. 6 Wall Surface Temperature via Thin FilmLayered ThermocoupleMetal WallHeat Insulated WallTDC0 110 220 330 440Cam Posision Lcam [mm]Fig. 7 Wall Heat Flux Calculated from WallSurface Temperature3.2遮熱壁近傍の流動場の計測結果(1)遮熱壁近傍の乱流境界層Fig. 8に高速μPIV計測システムにより得られた,???? ? 198??における遮熱壁近傍の一次元ガス速度分布を示す。壁に近づくにつれて速度の急激な降下が見られる。この速度の降下領域は,速度境界層に相当するものであり,本計測システムによって,壁近傍の境界層内の速度分布を十分に捉えられていることが分かる。Fig. 9に,Fig. 8のガス速度を摩擦速度で無次元化した一次元ガス速度??の分布を示す。横軸は,摩擦速度と動粘性係数によって無次元化した距離??に変換している。壁から?? ?5付近までは, ?? ???の線形関係が成立する粘性低層に相当し,?? ?5付近から?? ?30付近までは対数則をとる遷移的なバッファ域,?? ?30以降は乱流域であるといわれている(15)。今回の計測では,? ? ?10以降のデータしか得られていないものの,典型的な壁乱流境界層内の現象を示していることが分かった。Averaged Gas Velocity U [m/s]Normalized Gas Velocity u + [-]1086420Heat Insulated WallL cam=198mm0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0Distance from Wall Surface y [mm]Fig. 8 Averaged Gas Velocity Distribution nearHeat Insulated Wall (Lcam=198mm)3530252015105Heat Insulated WallL cam=198mmViscous Sublayer(u + =y + )InertialSublayerBuffer Layer00 1 10 100 1,000Normalized Distance from Wall Surface y + [-]Fig. 9 Normalized Gas Velocity Distributionnear Heat Insulated Wall (Lcam=198mm)Fig. 10に壁近傍の境界層内におけるガスの流動状態を可視化した結果を示す。あわせて壁近傍を更に拡大した結果も示す。計測にはμシャドウグラフ法を用いた。計測点は,高速μPIV計測の場合と同じく, ???? ?198??である。これから,複数の筋状の模様(密度の二回微分値)が壁の極近傍まで分布している様子が見て取れる。このような筋構造は,低速および高速域の流れが筋状に並んだ乱流渦の微細構造によるものであり,このことは,壁近傍では乱流の影響が無視できるとしていた従来の考え方に対して,乱流によるエネルギー輸送の観点で壁近傍の伝熱メカニズムの考察を行う必要性を示唆している。(2)遮熱壁近傍の乱流エネルギー分布Fig. 11に,???? ? 198??における無次元化した乱流エネルギー??の壁からの分布を示す。無次元化した乱流エ-103-