Dynamics of liquid-solid contact on a hot solid surface that determines quenching point
| Project/Area Number |
21H01264
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
河野 正道 九州大学, 工学研究院, 教授 (50311634)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高田 保之 九州大学, 工学研究院, 教授 (70171444)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | 相変化伝熱 / 液滴蒸発 / 濡れ性 / 気液相変化 / スプレー冷却 / クエンチ点 / 鋼板製造 / ライデンフロスト / 気液相変化伝熱 / 鉄鋼製造 / 酸化皮膜 |
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| Outline of Research at the Start |
高温面を液体で冷却するスプレー冷却は，液体の蒸発潜熱を利用することにより大量のエネルギーを伝達することが可能なため，鉄鋼製造プロセスにおける高品質化などの要求に対応して，その高度化が望まれ続けている．この冷却プロセスの制御性は急冷開始温度（クエンチ点）をいかに自在に制御できるかにかかっているが，クエンチ点の発生メカニズムは科学的に未解明な点が多く，各種冷却プロセスにおけるクエンチ点の予測と制御が長年切望されている．冷却側（液体）と被冷却側（固体表面）の各種制御因子がクエンチ点に及ぼす影響を明らかにし，クエンチ点を予測および制御する手法を確立することを目的とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
加熱履歴の変化に伴う，表面濡れ性の変化の検討を行った．接触角測定実験では，加熱時間および加熱雰囲気を変えて400 Cで加熱を行い，その後大気暴露によって各時刻で接触角の測定を行った．いずれの条件においても加熱前に80度程度であった接触角は加熱直後には10度前後にまで減少した．その後大気中に放置すると数時間の間に接触角は30度程度にまで急激に回復し，それ以降では緩やかに回復していった．この接触角の回復の推移は，加熱時間や加熱雰囲気によらず共通していた．
表面の濡れ性変化の原因を調査するために赤外分光およびX線光電子分光によって表面分析を行った．赤外分光では，加熱前により顕著であった対称伸縮および非対称伸縮のメチレン基のピークが，加熱直後ではわずかに確認される程度に小さくなった．その後試料を大気暴露すると，時間の経過に伴って前述のメチレン基のピークが徐々に大きくなった．168時間経過後には明確にピークが確認でき，非対称伸縮のメチル基のピークも観測されるようになった．
X線光電子分光では，加熱前のスペクトルでは確認できたC1sのピークが，加熱直後にはその強度が弱くなった．一方で，SUS304に含まれるNi，Cr，Feのピークについては，加熱前にはわずかに確認される程度であったが，加熱後には強度が増しており明瞭なピークが現れた．この結果より，加熱前に試料表面に存在していた有機物は，加熱によって大部分が脱離し表面にはSUS304表面が露出したと予想される．
表面粗さが変化することで濡れ性が変化することも予測されるため，ナノスケールの分解能を有する触針式表面段差計で加熱履歴に伴う表面粗さの変化は観測されなかった．
これらの表面分析の結果から，加熱によって試料の表面に存在していた有機物が脱離し，大気暴露によって再び大気中の有機物が表面に吸着する現象が濡れ性変化の原因と考えられる．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
