境界層と乱流燃料の促進

境界層とは何か？

熱交換器を扱うほとんどの人は、境界層という概念を知っている。簡単に言えば、固体境界との界面で流体に形成される薄い層のことである。境界層は、流体が流路や表面を流れるときに必ず発生します。この薄い層では、流体速度は壁面でのゼロ（滑りなし条件と呼ばれる）から、壁面からある距離離れたところでのある自由流速まで変化する。

厚い境界層は熱伝達を妨げるため、熱交換器の性能に悪影響を及ぼす。境界層は毛布のようなもので、厚ければ厚いほど断熱性が高くなります。熱交換器の主な目的は「固体表面で隔てられた流体間の熱伝達」であるため、これは理想的ではありません。

境界層には通常2つのタイプがある：

1. 層流境界層：

   層流境界層では、流体は平行な流線上をスムーズかつ整然と移動する。流れは最小限の混合で層状を保ち、熱伝達は悪い。層流境界層は、流速が低い場合や粘性流体に多く見られる。

2. 乱流境界層：

   乱流境界層では、流体粒子の旋回と混合によって流体の流れがカオスになる。このカオス的な動きは熱伝達を促進し、境界層の厚さを減少させることができる。乱流境界層は、より効率的な熱伝達を提供するため、熱交換器やその他の工学的用途においてしばしば好んで使用される。

境界層の厚さ、および層流から乱流への移行は、流体特性、表面粗さ、流速などの要因に依存する。

乱流とは何か？

乱流は、流体粒子のカオス的で不規則かつランダムな動きを特徴とする流体流れの一種である。乱流では、流体は無秩序に動き、速度、圧力、およびその他の流動パラメータは、大きさと方向の両方において急激に変動する。このカオス的な挙動は、流体中に渦、渦巻き、渦を発生させ、混合や熱・物質移動の促進につながる。

乱流の主な特徴には次のようなものがある：

1. ランダムな動き

   流体粒子が滑らかで平行な層をなして動く層流とは異なり、乱流はランダムで不規則な動きを示す。乱流中の流体粒子は、さまざまな速度と方向を示します。

2. エディと渦：

   乱流は、様々な大きさの渦や渦の形成によって特徴付けられる。これらの構造は、混合と輸送特性の向上を担っている。

3. 熱と物質移動の増加：

   乱流は層流に比べて、熱および物質移動に効果的である。流体粒子の無秩序な運動は、流体内の異なる成分の混合を促進します。

4. より高いドラッグ：

   乱流は通常、層流に比べて抗力や抵抗が大きくなる。これは、流体のカオス的な動きを維持するために必要なエネルギーが増大するためである。

コンフラックス熱交換器は境界層と乱流をどのように扱うのですか？

乱流は一般的に、熱交換器の設計において、前述のように熱伝達能力を高めるために好まれます。乱流は一般に圧力損失が高くなりますが、このペナルティは伝熱性能の向上によって正当化されることがよくあります。乱流の旋回・拡散特性は熱伝達を促進します。乱流によって引き起こされる混合は、熱交換器コア表面の境界層の成長を妨げることもあります。しかし、乱流はしばしば高い圧力損失を伴います。

特許を取得した複雑な形状と積層造形の利点を生かし、積層造形熱交換器の効率を高めています。当社の内部形状は乱流を促進し、熱交換器コア内の境界層の厚さを減らすのに役立ちます。

前述のように、境界層を小さくして乱流を促進することで、熱交換器の性能を高めることができる。これは次のような方法で実現できる：

1. 流体の速度を上げる

   コアを流れる流体の速度を上げることは、熱伝達を増加させる効果的な方法である。しかし、熱伝達の増加と圧力損失ペナルティの適切なバランスを考慮する必要がある。密に充填されたフィンとマルチパス構成は、コアを通過する流体速度を増加させることができる。

2. ミキシング強化機能

   タービュレーター、バッフル、コルゲーションなどの機能を追加することで、熱伝達をさらに高めることができる。

コンフラックス・テクノロジーは、高い熱伝導率と最小の圧力損失で優れた熱交換器を製造してきました。これは、特許を取得した複雑な形状、広範なパラメータの最適化、および積層造形プロセスとその本質的な表面粗さの活用によって実現されています。