周囲から冷却される円管内を流れる水の凍結挙動解析－凍結回避のための限界流速と氷による管閉塞時間

摘要

本研究では，周囲から冷却される円管内を流れる水を対象に，凍結による管内圧力損失を考慮して，氷による管閉塞に至るまでの管内流水の凍結挙動を有限要素法で数値解析した．管の冷却条件，管入口での流速および温度と，管内での凍結開始位置との関係を調べ，管内での凍結を回避するための限界流速を明らかにした．また，一般に公開されている凍結防止基準に記載されている限界流速と比較し，検討を加えた．さらに，管入口流速がその限界流速に満たなく，円管内に氷が形成されてしまう場合，その氷によって管が閉塞に至るまでの時間を計算し，種々の無次元パラメータを用いて整理した．この時間は，管内での凍結層形成は容認するが，空調機の運転再開までの間に最低限管閉塞だけは避けたい場合に重要な意味を持ち，上記限界流速よりも危険側の基準となり得る．