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乱流特性の導出方法および導出装置 UPDATE

国内特許コード P200016588
掲載日 2020年2月14日
出願番号 特願2018-070922
公開番号 特開2019-184252
出願日 平成30年4月2日(2018.4.2)
公開日 令和元年10月24日(2019.10.24)
発明者
  • 中別府 修
出願人
  • 学校法人明治大学
発明の名称 乱流特性の導出方法および導出装置 UPDATE
発明の概要 【課題】乱流熱伝達場における熱流束から乱流特性を精度よく導出することができる乱流特性の導出方法および導出装置を提供する。
【解決手段】乱流熱伝達場における第1計測点から第3計測点のそれぞれにおける熱流束を検出する。第1計測点から第3計測点における熱流束の相関係数が所定の関係となる第1計測点から第3計測点間におけるそれぞれの3つの移動時間を求める。3つの移動時間に基づいて、乱流熱伝達場における乱流特性を導出する。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要

エンジン(内燃機関)の熱効率を向上させるためには、エンジンの筒内(燃焼室内)の高温ガスから壁面を介して外部へ逃げる熱損失を低減することが重要である。熱損失を低減するためには、熱損失とエンジン筒内の乱流の関係を把握し、エンジン筒内の流動や燃料濃度の分布の制御、乱流特性に合わせた内壁面への熱輸送低減構造の導入が効果的であると考えられている。

エンジン動作時の熱損失の状況は、温度センサを用いて壁面温度の時系列データを採取し、この温度データを境界条件とした壁面の非定常熱伝導解析を通して熱流束時系列データを算出することで把握できる。(例えば、非特許文献1、2、特許文献1参照)。一方、エンジン筒内は乱流熱伝達場となっており、高性能な熱流束の計測では乱流特性を反映した熱流束の変動が記録されることが報告されている。

産業上の利用分野

本発明は、乱流特性の導出方法および導出装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
乱流熱伝達場における第1計測点から第3計測点のそれぞれにおける熱流束を検出し、
前記第1計測点と第2計測点、前記第2計測点と前記第3計測点、及び前記第3計測点と前記第1計測点とのそれぞれの間における熱流束の相関係数が所定の関係となる前記第1計測点と第2計測点、前記第2計測点と前記第3計測点、及び前記第3計測点と前記第1計測点とのそれぞれの間における移動時間を求め、
前記移動時間に基づいて、前記乱流熱伝達場における乱流特性を導出する乱流特性の導出方法。

【請求項2】
前記熱流束の相関係数の所定の関係は、前記熱流束の相関係数が最大となる関係である請求項1に記載の乱流特性の導出方法。

【請求項3】
前記熱流束の相関係数は、前記第1計測点と第2計測点、前記第2計測点と前記第3計測点、及び前記第3計測点と前記第1計測点とのそれぞれの間における熱流束の相互相関係数であり、
前記移動時間は、前記相互相関係数を所定関係とする前記第1計測点と第2計測点、前記第2計測点と前記第3計測点、及び前記第3計測点と前記第1計測点とのそれぞれの間の乱流の移動時間であり、
前記第1計測点から第3計測点の配置および前記第1計測点と第2計測点、前記第2計測点と前記第3計測点、及び前記第3計測点と前記第1計測点とのそれぞれの間の乱流の移動時間に基づいて、前記乱流特性として、前記第1計測点から第3計測点を含む平面に沿う速度の直交2成分を導出する請求項1または2に記載の乱流特性の導出方法。

【請求項4】
前記熱流束の相関係数は、前記第1計測点と第2計測点、前記第2計測点と前記第3計測点、及び前記第3計測点と前記第1計測点とのそれぞれの間の熱流束の相互相関係数であり、
前記移動時間は、前記相互相関係数を所定関係とする前記第1計測点と第2計測点、前記第2計測点と前記第3計測点、及び前記第3計測点と前記第1計測点とのそれぞれの間の乱流の移動時間であり、
前記第1計測点から第3計測点の配置および前記第1計測点と第2計測点、前記第2計測点と前記第3計測点、及び前記第3計測点と前記第1計測点とのそれぞれの間の乱流の移動時間に基づいて、前記乱流特性として、前記第1計測点から第3計測点を含む平面の法線回りの渦度を導出する請求項1または2に記載の乱流特性の導出方法。

【請求項5】
前記熱流束の相関係数は、前記第1計測点から第3計測点のそれぞれにおける熱流束の自己相関係数であり、
前記自己相関係数および前記第1計測点から第3計測点を含む平面に沿う速度の直交2成分に基づいて、前記乱流特性として、前記乱流熱伝達場内の乱流における乱れのスケールを導出する請求項1または2に記載の乱流特性の導出方法。

【請求項6】
乱流熱伝達場における第1計測点から第4計測点のそれぞれにおける熱流束を検出し、
前記第1計測点と第2計測点、前記第2計測点と前記第3計測点、前記第3計測点と前記第4計測点、及び前記第4計測点と前記第1計測点とのそれぞれの間における熱流束の相関係数が所定の関係となる前記第1計測点と第2計測点、前記第2計測点と前記第3計測点、前記第3計測点と前記第4計測点、及び前記第4計測点と前記第1計測点とのそれぞれの間における移動時間を求め、
前記移動時間に基づいて、前記乱流熱伝達場における乱流特性を導出する乱流特性の導出方法。

【請求項7】
前記乱流特性として、前記第1計測点から第3計測点を含む平面に沿う速度の直交2成分及び前記平面に垂直な速度の成分を導出する請求項6に記載の乱流特性の導出方法。

【請求項8】
前記乱流熱伝達場は、内燃機関の燃焼室、タービン、またはボイラー室に形成されている請求項1から7のうちのいずれ1項に記載の乱流特性の導出方法。

【請求項9】
前記乱流熱伝達場は、内燃機関の燃焼室に形成されており、
前記熱流束の相関係数は、前記熱流束における高周波数成分の相関係数である請求項8に記載の乱流特性の導出方法。

【請求項10】
前記乱流熱伝達場は、内燃機関の燃焼室に形成されており、
前記第1計測点から第3計測点は、前記燃焼室における上死点にあるピストンの天面よりもシリンダヘッド側に配置されている請求項8または9に記載の乱流特性の導出方法。

【請求項11】
前記乱流熱伝達場は、気密空間に形成されている請求項1から10のうちのいずれか1項に記載の乱流特性の導出方法。

【請求項12】
乱流熱伝達場における第1計測点から第3計測点のそれぞれにおける熱流束の相関係数が所定の関係となる前記第1計測点から第3計測点間におけるそれぞれの3つの移動時間を求める移動時間算出部と、
前記3つの移動時間に基づいて、前記乱流熱伝達場における乱流特性を導出する乱流特性導出部と、
を備える乱流特性の導出装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018070922thum.jpg
出願権利状態 公開
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