2016 Fiscal Year Research-status Report
高温水蒸気を用いた伝熱促進機構のシステム構築と高効率化
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15K05820
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
酒井 清吾 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70323110)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 伝熱機器 / 燃焼 / 輻射 / 対流 / エネルギー効率化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究を進めていく上で，既存の大型のアルミ溶融炉では熱損失や溶融物の物性変化が著しく限界があることが平成27年度の成果として明らかとなったため，本年度は，まず，小型の実験装置の構築を行った．加熱対象をあるみから純粋に変更し，水供給システムは従来の多孔質体への滴下から超音波加熱システムを導入した．
大型のアルミ溶融炉では余熱による水の水蒸気化を行ったため追加のエネルギーが不要であったが，超音波加熱システムでは追加のエネルギーが必要となった．そこで追加に必要なエネルギーも含めて効率の比較を行ったところ，超音加熱熱システムの消費電力は小さく，追加のエネルギーは無視し得る程度であった。
以上のことから、超音波加熱によって水蒸気を発生させ，純粋加熱システムの加熱部に供給して，水蒸気加熱システムの伝熱促進の効果を実験したところ，大型のアルミ溶融炉に見られたような，明らかな水蒸気付与の効果を観察することができなかった．当初の見積もりよりも水蒸気が分布するであろう加熱部体積が小さいことにより，超音波加熱システムで供給した水分量の体積割合が相対的に高くなってしまったためと考えられる．水蒸気加熱システムの小型化においては，これまで以上に付与する水分量の正確なコントロールが必要であることが明らかとなった．
また，平成27年度に行う予定であったふく射・対流複合伝熱解析コードの改良については，研究室保有の独自コードでは汎用性が低かったため，本年度は，市販汎用コードの検証を行った．Ansys Fluentの本解析への有効性を確認できた．しかしながら，燃焼モデルの詳細な検討，乱流モデルの最適化等，市販汎用コードの発展性の評価を十分に行うことはできなかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
システムの小型化については達成できたものの，アルミ溶融炉のような大型システムに比べて，加熱部体積の評価が難しく，超音波加熱システムで供給した水分量の体積割合を適切に制御する部分の構築に遅れが生じてしまった．しかしながら，大型システムにおいて伝熱促進が見込まれる絶対湿度は既にデータとして既知であるため，これまで以上に付与する水分量を正確にコントロールできる点を解決できればよく，最終年度に予定していたシステムの小型化を前もって今年度に行った意義は大きい．
また市販汎用コードの検証ではある程度の道筋がつき，燃焼モデルの検討，乱流モデルの最適化を行えば数値実験を繰り返せる見込みを得た．
以上の結果から，年度当初の計画に対して順調に推移しており，おおむね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
システムの小型化に用いた超音波加熱による水蒸気発生は，現状で単位時間発生量が一定のため，システム回路の変更により発生量を可変とし，伝熱促進が見込まれる絶対湿度の水分量を中心に変更可能なものとして，システムの小型化の道筋をつけることを実験の目的とする．
数値解析では，市販汎用コードを用いて燃焼モデルの検討，乱流モデルの最適化を行い，大型の燃焼炉だけでなく小型の加熱炉に対しても様々な数値解析を行い，実験結果と比較・検討し，数値実験を繰り返す．
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| Causes of Carryover |
研究計画に沿った物品を十分に購入でき，少額の残額を，研究に有用な物品／旅費／人件費・謝金などに支出する見込みが立たなかったため，次年度使用とした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
支出計画において，これまでも物品費が超過する傾向にあるため，消耗品を中心に使用する予定である．
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Research Products
(2 results)
