少し冒険して、円管層流のヌセルト数を求めてみよう！：CAE解析とExcelを使いながら冷却系設計を自分でやってみる（16）（5/5 ページ）

[高橋良一／ＲＴデザインラボ 代表，MONOist]

ヌセルト数を求める

　ヌセルト数と熱伝達率hの関係式を使って、式41を変形します。

式42

　ヌセルト数は、その定義から以下の値となりました。

式43

　伝熱関係の文献では、ヌセルト数は4.36［-］と書かれていますが、本当は48／11［-］だったんですね。原稿を書きながら「へぇ〜」と思いました。

おまけ：カルマン渦を計算してみよう

　カルマン渦のシミュレーションは、筆者が学生のころ、どこかの研究論文に記載されてはいましたが、当時の筆者にとっては夢のまた夢でした。今では、1時間ほどで計算できてしまいますので紹介します。

　例えば、防波堤などで釣り竿を半分くらい水中に沈めて動かすと、「ブルブルブルッ」と抵抗力が振動します。これがカルマン渦です。

図7　身近なカルマン渦［クリックで拡大］

　カルマン渦のシミュレーション結果を動画1に示します。

動画1　カルマン渦のシミュレーション例

　図8に、このシミュレーションの境界条件を示します。奥行き方向のセル数は1で、もちろん層流解析です。

図8　カルマン渦シミュレーションの境界条件［クリックで拡大］

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　次回は、外部流れの対流熱伝達シミュレーションを紹介し、ダクトに巻く断熱材の設計を行ってみましょう。　（次回へ続く）

参考文献：

• ［1］日本財団 図書館｜Webサイト
• ［2］日本機械学会｜機械工学便覧 A5 流体工学（1992）

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Profile

高橋 良一（たかはし りょういち）
ＲＴデザインラボ 代表

1961年生まれ。技術士（機械部門）、計算力学技術者 上級アナリスト、米MIT Francis Bitter Magnet Laboratory 元研究員。

構造・熱流体系のCAE専門家と機械設計者の両面を持つエンジニア。約40年間、大手電機メーカーにて医用画像診断装置（MRI装置）の電磁振動・騒音の解析、測定、低減設計、二次電池製造ラインの静音化、液晶パネル製造装置の設計、CTスキャナー用X線発生管の設計、超音波溶接機の振動解析と疲労寿命予測、超電導磁石の電磁振動に対する疲労強度評価、メカトロニクス機器の数値シミュレーションの実用化などに従事。現在ＲＴデザインラボにて、受託CAE解析、設計者解析の導入コンサルティングを手掛けている。⇒ ＲＴデザインラボ