熱音響エンジンにおける水の蒸発、凝縮の効果－流体粒子モデルによる数値シミュレーション

摘要

熱音響エンジンを表すRottの式を利用して、流体粒子の振動を計算するためのモデルを構築した。水に濡れたスタックにおける非平衡な水の蒸発、凝縮を考慮した。数値シミュレーションの結果、進行波型熱音響エンジンでは、濡れたスタックの方が乾いたスタックよりも、流体粒子のするpV仕事が大きくなった。これは、水の蒸発、凝縮に伴い、流体粒子の体積変化が大きくなる為である。一方、定在波型では、ほとんどの条件で濡れたスタックの方が、流体粒子のするpV仕事が大きくなるものの、或る条件では、乾いたスタックよりも若干pV仕事が小さくなった。これは、その場合には、蒸発、凝縮により、流体粒子の体積変化が小さくなる為である。いずれの場合も、流体粒子中の水蒸気の分圧は、接しているスタックの飽和蒸気圧とほぼ同じであった。また、流体粒子は、進行波型では高温側に向かって、定在波型では低温側に向かって、それぞれドリフトすることが分かった。