-EE，J Z、JV
ハリ 唱EEi
× rlt、、、、∞ 守、』g
、
も
O.OL O
h2= Omm 8ト一一一ー h2=10mm - h2=30mm 一一一一h2=50mm
d 60mm 1=50mm h1=50mm
。 ⑤ ⑥ ⑧
熱電対番号
⑩図4-25 定常時における密度安定器内温度
d 60mm 1=50mm h1=50mm
20 40 60
m m
今，J
Fn図4-26 定常時に密度安定器内で生じる循環流の最大値
一
一
ー=(3)内外壁開通路幅の影響
密度安定器の内外壁開通路幅lを変えた場合について， 数値解析結果から得られ る等温線図と流線図 を図4-27'"'-'図4-29に示す.
内外壁開通路幅1=25mmの場合， 密度安定器内に温度成層が形成される過程におい て， 外壁左側においては， 対流によって温度低下が進行していくが， 内外壁開通路 幅が狭いため， 流れが速くなり， 温度成層が形成された後も，40Cの領域が広くなり，
密度逆転による循環流はゆd二3.18 X 10-6m2/ sと強くなっている.
内外壁開通路幅1= 50 mmの場合， 密度安定器内の温度成層形成過程において， 対流 が弱くなるので， 内外壁開通路幅l二25mm の場合に比べ， 40Cの領域が狭くなり， 密 度逆転による循環流はψr1. 61 X 10-6m2/ sと弱くなっている.
内外壁開通路幅l二 7 5mm の場合， さらに対流が弱くなるので， 40Cの領域が狭くな り， 密度逆転による循環流はゆr 7.20 X 10-7m2/sと弱くなっている.
また， いずれの内外壁間通路幅においても， 温水蓄熱部では， 下方から上方にか けて20'"'-' 550Cの温度成層が等温度の間隔で形成されており， 流れがないことが確認 できる. 密度安定器では， 外壁左側から右側にかけて最大密度を示す40Cを通過す る温度成層が形成されており， 密度安定器の底部に40Cの水における密度逆転現象 による循環流が生じていることから， 密度安定器内で40Cの水が安定していること がわかる. 氷蓄熱部では， 下方から上方にかけて 0'"'-' lOCの温度成層が形成されてい るが， 氷蓄熱部の広範囲において， 循環流が生じている.
定常時における密度安定器内の温度(⑥~⑫， 図4-4参照)および定常時に密度安 定器内で生じる循環流の強さをそれぞれ図4-30， 図4-31に示す. 内外壁開通路幅 が広くなるにつれ， 密度安定器の底部に安定している40Cの領域が密度安定器の右 側に寄るので， ⑥~⑫の温度差は小さくなる. また， 40Cの領域は狭くなるので， 密 度逆転現象によって生じる循環流は小さくなっている. したがって， 密度安定器の 内外壁開通路幅を適切な値に調節することによって， 密度逆転現象による混合が抑 制されることがわかる.
一一
一
ー550C
OOC
(a)等温線図(L11と1. OOC)
500C
400C
300C
200C
lOOC
ゆ?3. 18 X 10-6m2/s ψc=3. 61 X 10-5m2/s
(b)流線図( -ー ムゅ=5.0X 10-6m2/ s ì L --- ムψ=5.0X 10-7m2/sj 図4-27 内外壁開通路幅1=25mmの場合(hl=50mm， h2=50nun， d=60mm)
550C
OOC
(a)等温線図(L11と1. OOC)
500C
400C
300C
200C
ψ?l. 61 X 10-6m2/ s ψc=4. 33 X 10-5m2/ s
(b)流線図( -ー ムψ=5.0X 10-6m2/s ì L ----- ðψ=5.0 X 10-7m2/sj 図4-28 内外壁開通路幅1=50mmの場合(h1=50mm， h2=50mm， d=60mm)
72
550C
40C
OOC
(a)等温線図(L1 T=1. OOC)
500C
200C lOOC
φcF7. 20 X 10-7m2/s ゆι=2.68 X 10-5m2/ s
(b)流線図( -ー ムψ=5.0X 10-6m2/s ì L 曲 ムゆ=5.0X 10-7m2/sj 図4-29 内外壁開通路幅1 =75mmの場合(hl=50mm， h2=50mm， d=60mm)
ー一一 ー 孟 ョ
20
1==25mm - 1==50mm
一一一一
1==7 5mm'F vh 片 川町山
面
ω 10騨
f/ 1/
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〆" / -:，"'- ，/
一=---，-' .，/
一----ー _ "'-三二一一一一
一ずr一一一一一一一一一一一一一一一一
- 'ー
，〆
_-。 ⑥ ③ ⑩
熱電対番号
⑫
図4-30 定常時における密度安定器内温度
[x 1 0--6]
4.0
∞
NS 2.0
、 そ三ト
d==60mm h1==50mm h2==50mm
40 60 80
0.0 20
m m
図4-31 定常時に密度安定器内で生じる循環流の最大値
ー一 孟三
(4) 密度安定器高さの影響
密度安定器の高さdを変えた場合について， 数値解析結果から得られる等温線図 と流線図 を図4-3 2'"'-'図4-35に示す. なお 放熱運転時に内壁と天板からなる通路 および外壁と底板からなる通路において， 槽内の水が移動による流動抵抗を最小に 抑えるために， 通路高さ(d-h1，d-h2)をd-h，=d-h2二10mmで一定とし解析を行った.
密度安定器高さd二20mmの場合， 密度安定器内で温度成層が形成され，40Cの領域 がかなり狭くなるものの， 内壁が低くなり， 天板の位置も低くなるため， 氷蓄熱部 の循環流が密度安定器まで及んでしまう. 密度安定器内で生じる循環流の強さはゆ rl. 09 X 10-6m2/ sとなる.
密度安定器高さd=30mmの場合， 密度安定器高さd= 20mmの場合と同様に， 密度安 定器内で温度成層が形成される. 密度安定器高さd二20mmの場合に比べ40Cの領域は
広くなり， 氷蓄熱部の循環流は弱くなっているが， 密度安定器まで及んでいる. 密 度安定器内で生じる循環流の強さはゆr8 .64 X 0-7m2/sとなる.1
密度安定器高さd=60mmの場合，内壁の高さ，天板の位置がある程度高くなるので，
密度安定器まで、及ぶ氷蓄熱部の循環流が小さくなり， 密度安定器内の40Cの領域は 広くなり， 密度逆転による循環流がゆcFl.61 X 10-6m2/sと強くなっている.
密度安定器高さd= 90mmの場合外壁左側の20C，30Cの領域が広くなっているが，
40Cの領域は密度安定器高さ許60mmの場合とほぼ同じ広さで， 密度逆転による循環 流がψcFl. 86 X 10-6m2/ sと密度安定器高さd=60mmの場合と変わらない.
また， いずれの密度安定器高さにおいても， 温水蓄熱、部で、は， 下方から上方にか けて温度成層が等温度の間隔で形成されており， 流れが無いことが確認できる. 密 度安定器では，外壁左側から右側にかけて最大密度を示す40Cを通過する温度成層 が形成されており， 密度安定器の底部に40Cの水における密度逆転による循環流が 生じていることから， 密度安定器内で40Cの水が安定していることがわかる. 氷蓄 熱部では，0'"'-' lOCで安定しており， 大きな循環流が生じている.
定常時における密度安定器内の温度(③~⑫， 図4-4参照)および定常時に密度安 定器内で生じる循環流の最大値をそれぞれ図4-36 ， 図4-37に示す. なお， 各密度
安定器高さにおいて熱電対の位置が変わるので， 密度安定器高さd二60mmの場合の熱 電対の位置を基準とした.密度安定器内での温度差は密度安定器高さd=30mmの場合 が一番大きくなっており， 氷蓄熱部の循環流が密度安定器まで及んでしまうが， 密 度安定器内での循環流の強さも一番小さくなっている.
したがって， 密度安定器の高さd二30mmに対して， 高さd二20mm，60 mm， 90 mmとも に密度安定性が弱いことより， 最適な高さが存在することがわかった.
550C
ー-f
40C
OOC
(a)等温線図(L1 Jと1. OOC)
。OC OOC
OOC
。OC
OOC
ψcr=l. 09 X 10-6m2/s ゆC二3. 19 X 1 0-Sm2 I s
(b)流線図(- {1ゅ=5.0X 10-6m2/s ì l --- {1ψ=5.0 X 10-7m21 sj 図4-32 密度安定器高さd三20mrnの場合(h1=50mrn， h2=50mm， 1 =50mm)
550C
。OC
(a)等温線図(L1 T=1. OOC)
500C 400C
300C
lOOC
ψcF8. 64X 10-7m2/s ゆc=3.32 X 1 0-Sm2 I s
(b)流線図 f一一-{1ψ=5.0X 10-6m2/s ì l --- ムゆ=5.0X 10-7m2/sj 図4-33 密度安定器高さd=30mmの場合同=50mrn， h2=50mrn， 1 =50mrn)
76
550C
。OC
(a)等温線図(L1 7と1. OOC)
500C I <þ j=l. 61 X lO-6m2/s
400C
300C
200C
ゆc=4.33 x 1 0-5m2 / s
(b)流線図(-ームゆ=5.0X 10-6m2/s ì L --- ムゆ=5.0 X 10-7m2/ sj 図4-34 密度安定器高さd三60mmの場合(hl=50mm， h2=50mm， 1二50mm)
550C
。OC
(a)等温線図(L1 7と1. OOC)
。OC
ゆj=l.86 X 10-6m2/ s ψc=5. 94 x 1 0-5m2 / s
(b)流線図(- !1ψ=5.0 X lO-6m2/s ì L --- ムφ=5.0X 10-7m2/sj 図4-35 密度安定器高さd=90mmの場合(hl二50mm， h2=50mm， 1 =50mm)
77
一一一一ー11
20
d 20mm 1=50mm - d 30mm
- d 60mm
一一一-
d 90mmmm mm
ハリハリ戸、J戸、J
LHln[υo]
並区 10 唄
。 ⑧ ⑩ ⑫
図4-36 定常時における密度安定器内温度
ra--L ×
噌EEA
ハU 泊斗一 'hlJハU、\、rJ)
「寸
ミ
2.0ミシ
1=50mm h1=50mm h2=50mm
ハυ ハU
50 d [mm]
ハUハU 唱EEA
図4-37 定常時に密度安定器内で生じる循環流の最大値
78
4.
5実験結果と数値解析結果の比較
密度安定器内温度の実験結果と数 値解析結果の比較を図 4-38に示す.
なお， 熱電対番号は図4-4に対応して いる. 実験結果は密度安定器内に温度 成層が形成される実験開始後240分を 5
口で， 蓄熱槽内が定常に達していると 倒 60
d=60mm
1 =50mm h1 =50mm h2 =50mm
40トExperimental results
口 t=240min
o t =2400min
一一一- Numerical result みなせる実験開始後 2400 分をOで示 蝿20
す.
密度安定器内に温度成層が形成さ れる実験開始後240分では， 熱電対③
~⑫すなわち氷蓄熱部上部から密度 安定器にかけて実験結果と解析結果 は良好に一致しているがF温水蓄熱部 の⑬は実験結果のほうが解析 結果よ
。 ⑫ ⑬
図4-38 実験結果と数値解析結果の比較
り低い温度を示している.一方， 蓄熱槽内が定常に達しているとみなせる実験開始後 2400 分では， ③から⑬すなわち氷蓄熱部上部， 密度安定器から温水蓄熱部にかけて実 験結果と解析結果は良好に一致していることから，密度安定器内の温度はいったん温度 成層が形成されると， 槽内が定常になるまで， その温度を保ち続けることがわかった.
よって， 本解析によって， 定常状態における密度安定器内の温度を予測できることがわ かった.
また，実験と数値解析で密度安定器形状が一致している実験No.2 (外壁高さん=Omm)，
実験NO.3 (内壁高さん=Omm)， 実験NO.5 (外壁高さ ん=55mm)， 実験 NO.6 (外壁高さ ht=30mm) ， 実験No.9 (安定器高さd二30mm)について， 実験開始後240分における実験結 果と数値解析結果の比較を図4-39'"'-'図4-43に示す. どの条件においても，定常に達し ていない熱電対⑬以外は実験結果と数値解析結果は良好に一致しており，密度安定器形 状を変えた場合の解析でも， 定常時の温度を予測できることがわかった.
4__...--
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