円柱背面における伝熱機構 : 背面伝熱特性の変化
とはく離せん断層の関係
著者
布施 肇, 小山 隆行, 河野 行雄, 加治屋 厚廣
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
28
ページ
1-12
別言語のタイトル
Heat transfer mechanism on the rear surface of
a cylinder : relations between a change in
heat transfer characteristics and a separated
shear layer
円柱背面における伝熱機構 : 背面伝熱特性の変化
とはく離せん断層の関係
著者
布施 肇, 小山 隆行, 河野 行雄, 加治屋 厚廣
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
28
ページ
1-12
別言語のタイトル
Heat transfer mechanism on the rear surface of
a cylinder : relations between a change in
heat transfer characteristics and a separated
shear layer
円柱背面における伝熱機構
一背面伝熱特性の変化とはく離せん断層の関係一
布 施 肇 ・ 小 山 隆 行 ・ 河 野 行 雄 ＊
加治屋厚麿
（受理昭和61年５月31日）ＨＥＡＴＴＲＡＮＳＦＥＲＭＥＣＨＡＮＩＳＭＯＮＴＨＥＲＥＡＲＳＵＲＦＡＣＥＯＦＡＣＹＬＩＮＤＥＲ
−ＲｍＡＴＩＯＮＳＢＥＴＷＥＥＮＡＣＨＡＮＧＥＩＮＨＥＡＴＴＲＡＮＳＦＥＲＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳ
ＡＮＤＡＳＥＰＡＲＡＴＥＤＳＨＥＡＲＬＡＹＥＲ−ＨａｊｉｍｅＦＵＳＥ,TakayukiOYAMA,ＹｕｋｉｏＫＡＷＡＮＯ＊
andAtsuhiroKAJIYA Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｍｅchanismclearinseparatedflows，thedeformationofthes
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aroundacylinderweremeasured､Thiscylinderhasbeenusedasatypicalexampleofbluffbodies・
Usingthoseexperimentalresults，theindividualfactorsconcernedandtheirinfluenceswerein-vestigate｡、 Theseresultswillbeusefultoclarifytheheattransfermechanism． １ ． 緒 目 比較的高レイノルズ数におけるはく離流れの熱伝達 は工学的に重要な問題であるが，その流体力学的複雑 さのために熱伝達機構の解明はきわめて困難である。 円柱の背面における熱伝達に関しても多くの研究が報 告されているが，それらの結果は必ずしも一致せず， その原因についても不明な点が多い。関係する個々の 要因とその影響を検討することによりはく離流れの熱 伝達機構の解明も可能と思われる。 本論文は円柱背面熱伝達の特性が変化する場合の 「はく離」せん断層の状態，死水域内の流速分布およ び圧力分布などの変化を測定することにより，背面熱 伝達に影響する種々な要因とその影響経路を見出し， さらにこれらより伝熱機構の解明を試みたものであ る。ここに報告された資料は比較的初期の頃より当研 究室で行なわれた実験結果を総括し，主として広い視 野から多角的にその要因を求めたもので，それらいく つかの問題点の中には，すでに解決され詳細には機械 学会論文集')'2)に報告されたものもあるが，今後さら *都城工業高等専門学校 に深い研究を必要とするものもある。何分，背面伝熱 機構は複雑で，広い影響領域をもつものであるから， このように種々の要因を包括し，系統的に追求して相 互の関連を見る立場とその個々の要因を深く詳細に求 める方法との両面からの追求が必要と考えられる。本 論文は前者の立場である。 ２．実験装置および方法 実験の対象とした円柱径ｄは２０ｍｍ（＃２０），ｌＯ ｍｍＭｌＯ），７ｍｍ（＃７）の３種類で，これらに対 し使用した風洞は吹出し型の二次元風洞で，それぞれ の円柱径に対するノズル出口の寸法やブロッケージ比 などは表１の通りである。今後，各実験は表ｌに示し た記号で表わすことにする。表に示された主流の乱れ 強 さ の 最 小 値 と 最 大 値 は そ れ ぞ れ 実 験 し た レ イ ノ ル ズ 表１ 記号 Ａ Ｂ Ｃ ， Ｅ 円柱径（画） 2０ 1０ 1０ ７ ７ ダクト寸法（庫） 400x8０ 230x7０ Z30x40 230x7０ l54x72 ブロッケージ比 ０．０５ 0.043 0.043 0.030 0.045 乱れ強さ（x） 1.00-0.80 0.57-0.20 ０．５６−０．３８ 0.57-0.20 ０．３４−０．１８ レイノルズ敬xlO寺０．７１−２．９５ 0．６７−２．９１ ０．６５−２．６８ 0.50-2.17 0.77-2.80鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ８ 号 （ 1 9 8 6 ） ２ ①テストセクション ②供試円柱③ノズル④整流胴⑤送風機 数の最大値と最小値に対応している。円柱軸と垂直方 向 の ダ ク ト の 高 さ を ｈ と し た 場 合 ， ブ ロ ッ ケ ー ジ 比 ｡/ｈはいずれの場合も０．０５以下である。なお，円柱 軸 と 平 行 方 向 の ダ ク ト の 幅 ｌ は Ａ と Ｃ が ４ ． で そ れ 以外は７．である。 図ｌは風洞の一例で，いずれの場合も整流され一様 流が得られている。この風洞測定部の流れに直交して 置かれた図２に示す加熱円柱によりその表面温度を測 定してそれより局所熱伝達率を求め，さらに定温度型 熱線流速計により，円柱背面の流れ，せん断層厚さ， 乱流への遷移の位置，渦形成領域（以後，形成領域と 略記）の大きさなどを求めた。 図 １ 風 洞
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①テフロンテープ②アラルダイト③クロメル線 ④第一熱電対⑤第二熱電対⑥電圧測定線⑦ベークライト棒 図 ２ 加 熱 円 柱 ① ② ３ ０ ０ ． ③ ③ て熱流束ｑを求める。測定円柱を回転して，各角度 における円柱壁温と気流温度の差を測定して，所要レ イノルズ数に対する局所ヌセルト数Ｎｕ８が次式によ り求められる。 ０．８６１ＶＮｕβ＝入９（Ｔｗ８−Ｔｇ）汀Ｌ
こ こ で Ｉ ＝ 供 給 電 流 Ｔ ｗ ８ ＝ 円 柱 壁 温 Ｖ ＝ 供 給 電 圧 Ｔ ｇ ＝ 主 流 温 度 Ｌ＝電圧測定長さ入ｇ＝主流の熱伝導率 β＝前方淀み点よりの角度 である。 な お 図 ３ は ク ロ メ ル 線 に よ る 加 熱 帯 を ク ロ メ ル 薄 板 と考え，テフロンの熱伝導率も考慮した場合の円柱軸 方向表面温度の分布を，もっとも条件の悪い場合につ いて示したものである。電圧測定線は線径０．０３ｍｍ を使用し，円柱の等温線に沿っているため，この測定 線 に よ る 軸 方 向 熱 伝 導 の 影 響 は 無 視 で き る も の と 思 う。 図 ３ 円 柱 軸 方 向 壁 温 分 布 図２は実験に使用した加熱円柱で，所定の直径の ベークライト棒にピッチ０．３ｍｍ，深さ０．１ｍｍの溝 を掘り，これに０．０３ｍｍのクロメル線を巻きつけて 加熱面を作る。この加熱面中央部の長さＬ＝１０ｍｍの 部分を供試伝熱面として，その両端より電圧測定線を 図のように取り出す。加熱面はエポキシ樹脂であるア ラルダイトで固定して厚さ０．２ｍｍ程度になるまで真 円に旋削する。その表面に厚さ０．１６ｍｍの耐熱テフ ロンテープを巻いた後，０．０３ｍｍのアルメル・クロメ ル熱電対を第一熱電対として，円柱軸に平行におき， これを厚さ０．１６ｍｍのテフロンテープで巻くことに より固定する。さらに第二熱電対を，第一熱電対と半 径方向一直線上にその接点がくるように円柱軸と平行 において最後にこれを厚さ０．０８ｍｍのテフロンテー プで固定する。表面温度はこの２つの熱電対の温度よ り算出される｡主流と直角におかれた円柱の加熱線に， 直流定電流電源より電流を流し，電流と電圧を測定し ひ=０戸０画Ｏ再ＯぺJ式JベJ画０画０画０−０国０国。や ８↑へ﹄Ｉ
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３ b Ｏ ９ 【 ］円周方向の熱伝導誤差を極力防止するため，加熱線
として線径０．０３ｍｍのクロメル細線を使用し，前方
淀み点での主流温度との差を５．Ｃ前後になるように
加熱電流を調節した。筒
9０ 1．０ Ｏ２０ ｏＲｅ■０．８２ｘ１０ｂ ●Ｒｅ幸３．３６ｘｌＯｂ ８ ０．５ ８ ３ ． 実 験 結 果 ３ ． １ 円 柱 表 面 圧 力 分 布図４はそれぞれ実験条件（Ａ∼Ｅ）に対応する場合
の円柱まわりの圧力分布を示す。横軸のβは前方淀み
点からの角度，縦軸のＣｐは円柱表面と主流との静圧
の差を主流の動圧で除した圧力係数を示す。円柱背面
で＃７の実験条件Ｄの場合がいくぶん高い圧力を示 している。これは後で述べるように形成領域の大きさ によるものと思われる。 ａ。 ００ ０ 3０ (Ｄ） ｡ Ｕ ｇ 【 ］ ９ −０．５︾
Ｊ６− −１．０､
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−１．３ い） −１．０ −１．３ １．０ 1.0¥恥 ０ ０１０(4.） ＯＲｅ=０．８０ｘｌＯｂ ●Ｒｅ準２．８０ｘｌＯｂ ０ ０．５ ０．５０８も
ユＵ ユ。 ０ ０ 3 ０ ６ ０ ８ ８ ８ −０．５ １５０ ８・ｌＺＯ 布施・小山・河野・加治膳：円柱背面における伝熱機構 (Ｅ） 図 ４ 円 柱 表 面 圧 力 分 布 −０．５ ０．５｡
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４ 坐ヱユ凸 ３．２円柱表面温度分布と局所熱伝達率 図５は実験条件（Ａ∼Ｅ）に対する円柱表面温度分 布を示し，それぞれのレイノルズ数について，角度β に対する表面温度の変化が示されている。これらの図 において，縦軸は各角度における壁温と主流温との局所温度差（Ｔｗｏ−Ｔｇ）と前方淀み点における壁温と
主流温との温度差（ＴＷＩツーＴｇ）との比ＴＲを示す。前方淀み点において，実験によるNuo/,/ 百百の値と理
論値Nuo/掘記＝1.14Ｐｒｑ４との差は各実験とも約３
％以内である。ただしＲｅはレイノルズ数，Ｎｕｏは前 方淀み点におけるヌセルト数，Ｐｒはプラントル数で ある。図において‘７の円柱に対する実験条件Ｄの場合，レイノルズ数Ｒｅ＝1.02×104以下の測定結果
においては，最高温度比が約２．３を示す。この値は‘ ２．４ O２０ Ｒｅ陶踊麺巡
２．０ １．０ ０．８ Ｊｐｒ ゾﾛ朗9［雷
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１．５ １．０ ０．８ ０ ３ ０ ６ ０ ９ ０ ｅ ・ １ ２ ０ １ ５ ０ １ ８ ０ (Ａ） ０ ３ ０ ６ ０ ２．４ 2．４ Ｚ、４ 010(7.） Ｒｅ ０．７８ｘ１０ｂ Ｏ、９８ １．３１ １．８３ ２．７７ ３．０３ ０１０(4.） Ｒｅ ０．８ｌｘ１ ０．９フ １．２８ １．８３ ２．１１ ２．８０ 9０６．１２０１５０１８０ (Ｄ）熱
０．８織蕊蕊
２．０ 9 ０ ｅ 、 １ ２ ０ １ ５ ０ １ ８ ０ (Ｅ） ロ▽Ｏ◇△▲ ２．０ □▽Ｏ◇●△潔
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鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ８ 号 （ 1 9 8 6 ） 図 ５ 円 柱 表 面 温 分 布 の 変 化 3 ０ ６ ０ ０ ３ ０ ６ ０ UQ
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Ｊ ｒ Ｏ７ Ｒｅ Ｏ、７３ｘｌＯｂ １．００ １．２９ １．７７ ２．１４ ２．８３聖
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平田ら3)の直径４１．６ｍｍと著者らの１０ｍｍ（実験Ｂ）
の温度分布を比較した場合,背面温度はかなり異なり， 本実験でははく離点から単調に温度が減少するけれど も，平田らのそれは90.＜β＜120°は一定でありβ＞ 120.で温度は減少している。これは主流速度の違い によりせん断層の形状が相違するためと思われるが， この問題についてはさらにせん断層などの特性を検討 する予定である。 図７は各円柱の360°にわたる温度分布の一例でほ ぼ良好な精度で円柱が作られていることを示す。 図８は局所ヌセルト数の変化の一例で‘１０（７．） のＢの場合である。 図９は各円柱前方淀み点におけるＮｕ−Ｒｅの関係を示したものであり，理論値Ｎｕ/1/T記＝１.l4Pro4とよ
く一致している。 図１０は各角度におけるNu-Reの関係の一例とし ７のＥおよび＃１０（７．）のＢの場合が２．１である のに比べて高く，特に120｡∼150｡付近ではＤの方が Ｂより著しく高い。これも後で述べるように，形成領 域が後方に伸びて熱伝達が悪くなったためと考えられ １．０ ０．９ ２．２ ２．０ EBDbp2gob｡冊織；
塵↑ １．５ 鋲 ０ ｏ○Ｑ８ １．０ ０．８ ０ ３ ０ ６ ０ ９ ０ １ ２ ０ １ ５ ０ １ ８ ０ ８． 図 ６ 温 度 分 布 の 比 較 ２．２ ２．０J
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(Ｄ）品０，｡(７.）９
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布施・小山・河野・加治屋：円柱背面における伝熱機構 図 ７ 全 円 周 温 度 分 布 １．０ ０．９ ○○ ｏｌＯ(4.） Ｒｅ＝０．８１×１０００ ０１８０８．２７０３６０
(Ｂ） 9０ ０１８０８。２７０３６０
（Ａ） 9０ １． ９０ 1．５ ● ● ︵”“﹄︽ロ″﹄ ２．２ ２．０;
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n 吋 Ｃ１８０８．２７０
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⑨ 、 “ １．０ ０．９呉慰
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１．０ ０．９０ ６ 図８局所又セルト数分布 ２ 1８０ β＝１８０。 図ｌｌＮｕとＲｅの関係 ２ ａ△△△八
○Ｏ△▽
コヱ ＆ △ １５０ ａ ＜ ＞ ０ − ９ ８−癖ｌ鋪ｌ郷︲
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５ ７ ２ ３ ４ 図９ＮｕとＲｅの関係（β＝0｡） 5０ て＃１０（７．）のＢの場合を示したもので，β＝90° より180°にわたり順次勾配が変化している。 図１１はβ＝180.におけるヌセルト数とレイノルズ 数 と の 関 係 を 実 験 Ａ よ り Ｅ ま で の 全 部 に 対 し 示 し た ものである。円柱径の小なものほどより低いレイノル ズ数のところで式(1)に平行な線からはずれ，式(2)が示 す勾配となる。 Ｎｕ＝0.229Pro･4Reo･６３ （１） Ｎｕ＝CReⅢ（n＝1.0∼1.15）（２） この変化の生じる点はレイノルズ数で表わすと，円 柱径により異なるが，流速では各円柱とも同一の流速 ３０ｍ/s付近にあるが，このような現象に関しては今 後 さ ら に は く 離 せ ん 断 層 に つ い て の 微 視 的 検 討 を 要 す る。また，各実験結果ともある部分は式(1)の線に平行 であるが，同じレイノルズ数に対しては，円柱径によ り異なったヌセルト数の値を示している。そしてＲｅ ＝２．８×104付近でほぼ同じヌセルト数の値に近づく 傾向にある。これらの原因については，後流のフロー パ タ ー ン の 測 定 結 果 も あ わ せ 考 察 の と こ ろ で 検 討 す る。 ， 、 Ｈ 《 １ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ８ 号 （ 1 9 8 6 ） ３ Ｒｅ ２ ｏｌＯ(7.） ８ ． ９ ０ ． △１１０Ｃ Ｏ１３０． ▽１５０． ◇１８０．／
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lＯｂ ４ 図１０ＮｕとＲｅの関係（β＝90｡∼180｡） ２ ７ ４ Ｒｅ ３ ４ ２３２コヱ、８６４
２ ３ ． ３ 円 柱 後 方 の 流 れ 本実験では円柱背面の流れの特性を調べるため，図 １２に示されるような方向に熱線プロープを移動させ た。 円 柱 中 心 よ り 流 れ 方 向 に Ｘ 軸 を と り ， 円 柱 中 心 よ りの距離をＸ/ｄで表わし，これと垂直方向のＸ軸よ りの距離をＹ/ｄで示す｡Ｘ軸上のＸ,∼Ｘ５の各位置で， Ｙの正方向にプローブを移動させた場合と，Ｘ軸上で Ｘの正の方向にプローブを移動させた場合，およびせ ん 断 層 の 中 心 付 近 を Ｓ 方 向 に 移 動 さ せ た 場 合 の ３ 種 類の測定を行なった。Ｘ,∼Ｘ５の測定は，せん断層の 形状と後流内Ｙ方向の速度分布を求めるためであり， ６８l０ｂ布施・小山・河野・加治屋：円柱背面における伝熱機構 ７ 図１２熱線風速計による測定位置 Ｘ 軸 上 で の 測 定 は 中 心 線 上 Ｘ 方 向 速 度 分 布 ， Ｓ 方 向 の測定は乱流への遷移位置を求めるために行なわれ た。いずれの場合も熱線は円柱軸と平行な位置に置か れている。 図１３はレイノルズ数Ｒｅ＝0.73×104におけるＸ,∼ X5のＹ方向速度分布であり，速度は熱線風速計によ り求めた平均流速で，図ではこれをＵで示し，主流 速度はUooで表わしている。 図１４はこれらの図より求めた形成領域の形状であ り，図１５はＲｅ＝0.73×104におけるＸ軸上でのＸ 方向速度分布を各実験条件に対して比較したものであ る。図１３と図１４より次のような傾向がみられる。す なわち円柱径が小さくなるほどせん断層の厚さは薄く なり，せん断層内の速度勾配は急となって，形成領域 の長さは長くなっている。なお，せん断層の形状の決 定にあたっては，その外側の境界は各速度分布で流速 最大の点より求め，内側の境界は速度分布でほぼ一様 な速度から急に増加し始める点より求めた。形成領域 の終りは両せん断層の交わる位置と考え，この終りの 位置は図１５に示すようにＸ軸上のＸ方向速度分布が 一様になり始める点から決定した。図１５でも同様に 速度分布が円柱径によって順次変化し，円柱径の小に なるほど速度分布の勾配がゆるやかとなり，円柱から 速度の増加し始める点までの距離が長くなっている。 そして円柱表面近傍の無次元速度は円柱径が小さい程 小 と な っ て い る 。 図１６はＲｅ＝２．８×104におけるＸ２∼Ｘ５のＹ方向 速度分布を示し，図１７は形成領域の形状を図示した ものである。図１８はＲｅ＝２．８×104のレイノルズ数 に お け る Ｘ 軸 上 の Ｘ 方 向 速 度 分 布 の 各 実 験 条 件 に 対 する結果を比較したものである。このレイノルズ数で は速度分布と形成領域の形状における各実験間の差は あまり認められない。 以上の説明のようにＲｅ＝0.73×104では速度分布 および形成領域が円柱径により順次変化し，Ｒｅ＝２．８ ×lO4ではほぼ同一になる傾向は図１１の熱伝達の傾 向と対応関係にある。なお図１４の左上に示した印は 各実験においてせん断層内の流れが層流から乱流へ遷 移し始める位置を示し，これは図１９の波形に示すよ うにせん断層内で熱線プローブを移動させた場合，速 度変動波形の中に遷移波の現われ始める位置（図１９ (2)）より求めたものである。 ４ ． 考 察 以上の実験結果は次のように考えられる。まず３０ m/s以下の流速では後方淀み点におけるヌセルト数と レイノルズ数の関係は式(1)の示す勾配をとるが，それ 以上では式(2)が示す勾配になり熱伝達はよくなる。 この原因としては高速によるせん断層の特性変化と 考えられるが今後の研究を要する（機械学会論文集2） 参照)。 次に流速３０ｍ/ｓ以下で式(1)に平行であるが，一致 しない線も得られているのは，円柱径と主流乱れの大 き さ と の 相 互 の 関 係 が 影 響 し た た め と 思 わ れ る 。 た と えばｊ２０の円柱Ａの場合は主流乱れ１％が影響して 遷移点の位置がはく離点に接近（x/d＝0.2）し，低 レイノルズ数においても高レイノルズ数の場合と同じ 形成領域の形になっており，このため後方淀み点の熱 伝達はよくなったものと思われる。このｊ２０につい ては，さらに乱れ強さ0.5％，ダクト寸法400×200 ｍｍで実験を行ない，ヌセルト数がこれより約１５％低 い結果（図１１のＦ）を得ている。 このように円柱径の比較的大きい‘２０の場合の主 流の乱れ強さ0.5％から１％への変化に対して，後方 淀み点の熱伝達が大きく変化した原因については機械 学会論文集')で報告したように，主流乱れの高周波成 分 に よ り は く 離 せ ん 断 層 が 乱 流 へ 早 く 遷 移 し た た め そ の 拡 散 効 果 が 大 き く な っ た た め の も の で あ る こ と が わ かった。 ‘１０のＢ，Ｃの場合は，Ｒｅ＝１．５×104以下で式(1) に一致するが，同じ0.5％程度の乱れ強さであっても ｊ７のＤの場合は図１lのように式(1)の線より約２０％ 低い値を示す。そして乱れが０．３％に減少した‘７
第２８号（１９８６ ８ ひ-《Jｰ〔＞一四 １．４ Y/ｄ 白﹃〆 。 ｐ︻］ワ 。〃１４器凶Ｉ。 ロ﹃］ロ 020 ○コ。 Ｒｅ＝０．７３ｘｌＯ X/ｄ ○ ０ ． ７ ６ ８ ダ、 声 ヨ ロ ０ １．０ □ １ ． ０ △ １ ． １ ５
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3３５ ▽◇ 1．８３ 』 言 ８コへ。Ｐ。 卜資トーＩｒｌ ０ ０．５Ｊ６
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鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 図１３後流の速度分布 Y/ｄ Ｒｅ＝０．７３×ｌＯｂ 少 一 〔 ＞ 一 に ０ ０．５ １．０ (Ａ） ０．５ １．０ ０ Y/。 Y/ｄ Ｂ） １．４ ４ ▽Ｉ
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０１０(4.） ゥ７廷
Ｒｅ＝０．７３ｘｌＯ匂直
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X/ｄ X/ｄ ０ ０ ． ６ １．０ ０ ０ ． ６ １．０ △ ０ ． ８ □ １ ． ０ ▽ １ ． ３ △ ０ ． ８ □ １ ． ０ ▽ １ ． ３ ▽ ８コへ。 ８コへ．’１
０．５ ０．５ １．０ ０．５ 【Ｄ） 8目8厘f戸 １．０ ０．５ Ｃ） ０ ０９
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布施・小山・河野・加治屋：円柱背面における伝熱機構 ０． 図１６（Ｂ） １．０ ロヘン Ｏ、 ０．５ ８コヘコ ー ０ ０ ０ ． ５ １ ． ０ １ ． ５ １ ． ７ Ｘ/ｄ 図ｌ５Ｘ方向速度分布（Ｙ＝０） ０ 図 １ ４ 形 成 領 域 の 形 状 較することにより検討した。この結果，図５のＢと Ｃの温度分布においてβ＝１００｡∼150｡付近で違いが認 められるけれども，図１１の後方淀み点の熱伝達には 差が認められない。 以上述べたように，また図１１に示す通り，主流速 度を代表速度としたレイノルズ数に対しては後方淀み 点のヌセルト数の値が種々の条件によって変化するこ とがわかる。それで図１３から図１８に示した測定資料 より円柱後方淀み点近傍（約０．１．離れた位置）の流 速を求め，これを代表速度とした修正レイノルズ数を Reざとすると，図１１のＲｅ＝0.73×lO4におけるＡ,Ｂ， のＥの実験では，図２０，図２lのようにフローパターンが変わり，ヌセルト数が高くなって式(1)の線に近づ
く。 このように乱れが増加したことにより背面熱伝達が 増加する場合と減少する場合の２通りあることが分った。この原因については論文')･2)である程度解決され
たが，なお未解決な問題（円柱径と主流乱れに関連し
て，形成領域の変化とせん断層の特′性の変化が関係す
る）があるので今後さらに深い研究を必要とする。
なお，ダクト幅の背両熱伝達に与える影響は，＃１０
のダクト幅７．の実験Ｂとダクト幅４．の実験Ｃを比 1．４ Y／。岸
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６門凸戸Z。 ８コへ。 − ０．５ ０ １．０ き=て芦』＜’-0弓OQO。O． ０ ０．５ 図1６（A）自司］
第２８号（1986） １０ ｇ ｏ ４四句
図ｌ８Ｘ方向速度分布（Ｙ＝０） ４ ｏ７ Ｒｅ＝２．８０ｘｌＯ‘．藤
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ｍ瞳う 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 。︻︼ 図１７形成領域の形状 Ｒｅ＝２。⑥
Ｃｌ︲卜○ １．０ ０．５ ０ ０．５ 図１６（E） ０ ０ Y/ｄ Y/。 図１６（ｃ 図１６後流の速度分布 X/ｄ ０．９ ０．８:
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図２０，とＥの速度分布の比較（１）ｆ=400ＨｚＹ/d=０．５５４
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〆 １−０ ７ 布施・小山・河野・加治屋：円柱背面における伝熱機構 １０Ｚ ７ ５ 一 Ｘ/ｄ 図 ２ １ ， と Ｅ の 形 成 領 域 の 比 較 〆 ３ Ｒｅ ２．８ｘｌＯｌ￥ ０．７３ｅ□◇Ｏ●
違するが，Ｒｅ＝１．０×104ないし１．５×104の付近までNu＝CReq63の形で変化し，それ以上では円柱径によ
りＮｕ＝ＣRen（､＝1.0∼1.2）の形をとるものがある。 その限界値はレイノルズ数では円柱径により異なる が，主流速度では大体３０ｍ/s付近にある。 （２）本実験の範囲で，円柱背面の熱伝達を支配する ものはせん断層の形状などの特性であり，同じレイノ ルズ数であってもせん断層が薄く，形成領域の長いも のほど背面の熱伝達は悪い。そしてこのせん断層の形 状はせん断層の遷移の位置により変化する。多
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乏 〆 ３ S 7 １ ０ ３ 3 ５ 7 1 0 肖 Ｒｅｓ★ 図２２ReKに対するＮｕの関係 一 ５ ． 結 論 レイノルズ数０．７×104＜Ｒｅ＜３．０×104,流速１０ｍ／ s∼６０ｍ/ｓの範囲で，円柱径２０ｍｍ，１０ｍｍ，７ｍｍの ３種類に対して，円柱背面の熱伝達と背面流れとの関 係を実験的に求めた結果，次の結論を得た。 （１）後方淀み点でのヌセルト数は，円柱径により相 C，ＤおよびＥのヌセルト数の値およびＲｅ＝２．８× '04の高レイノルズ数におけるヌセルト数の値は図２２ のようにＮｕ＝CRe誉０．５の式で整理される。０７(7.）Ｒｅ=7300
図１９遷移点における波形 Ｉ１ＩｌX/d=０．６５５
Y/d=０．６２２
(3) 1 1１２ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ８ 号 （ 1 9 8 6 ） （３）本実験におけるＮｕ＝CReo･63の範囲，すなわ ち０．７×104＜Ｒｅ＜１．５×１０４の範囲において同じレイ ノルズ数に対する後方岐点のヌセルト数は，円柱径と 主流速度によっても異なるが，０．３∼０．５％程度の主 流乱れの変化により１５∼３０％程度変化する場合があ る。 （４）主流速度を代表速度としたレイノルズ数の場合 後方淀み点におけるＮｕ＝ＣRenのＣとｎの値は速度 範囲とその他の主流条件により変化するが，後方淀み
