固相の遊離を伴う相変化物質融解過程の数値シミュレーション

摘要

固液の相変化物質は，大きな体積変化を伴わずに多くの熱を授受することが可能である．これは，蓄熱システムを構築する際に，高効率かつコンパクト化を図る上で重要な性質である．潜熱蓄熱材の詳細な融解挙動については，稲葉らがフィン付き加熱面を有する傾斜矩形潜熱蓄熱槽内における潜熱蓄熱材の融解挙動について実験的に検討を行っており，自然対流が潜熱蓄熱過程を大きく支配すること，フィンや蓄熱槽の傾斜角が自然対流に影響を及ぼすことを明らかにしている．一方，設置状況により様々な形状や傾斜角を有する現実的な潜熱蓄熱システム性能を予測するためには，実験のみでは条件設定の制約が多いため，数値解析的検討も欠かせない．しかしながら，差分法などの構造格子を用いた融解現象の数値計算手法では，界面移動のモデル化およびそのアルゴリズムが複雑となり，固相の遊離により界面の分裂·結合が生じるような大変形を含む問題の数値計算は困難を伴う．そこで本研究では，格子を使用しない計算手法である粒子法を用いて，界面の分裂·結合が生じる融解問題のシミュレーションについて検討した．対象物としてフィンが設置された密閉容器内に満たされた潜熱蓄熱材を想定し，固相状態で存在する潜熱蓄熱材を両側の側面から加熱した場合の融解過程について計算を行い，フィンによる伝熱特性や融解量への影響を調べた．