2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on mechanism of boiling refrigerant transition by pool boiling of immiscible mixtures in a closed narrow space
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17K06204
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
河南 治 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (20382260)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 沸騰 / 非共溶性混合媒体 / 熱伝達 / プール沸騰 / 沸騰冷媒遷移 / 閉鎖空間 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
様々な冷却対象・冷却条件に対応できる媒体として、新たに非共溶性混合媒体を用いた沸騰冷却が提案され始めている。限界熱流束の飛躍的増大のみならず、沸騰開始時の伝熱面温度のヒステリシスの回避、大気圧作動下での冷却面温度の低減などを液体混合のみで実現できる画期的な方法で、従来の冷却システムの熱媒体に対する概念を大きく変えるものである。しかし、単成分媒体とは異なる沸騰伝熱特性を示し、特に、低沸点媒体から高沸点媒体への沸騰冷媒遷移機構は、両媒体の混合比率などで変化し、基本的性質はまだほんの一部分しか明らかでない。本研究は、沸騰領域を狭隘閉鎖空間に制限することで現象観測を容易にし、非共溶性混合媒体沸騰冷媒遷移機構の解明を目指している。
今年度は最終年度として、狭隘閉鎖空間沸騰伝熱実験装置での実験を実施した。また、沸騰冷媒遷移機構をより明確にするため、通常サイズの非共溶性混合媒体プール沸騰実験も合わせて実施した。
まず、沸騰冷媒遷移が生じる条件について、ケルビン-ヘルムホルツ不安定性解析に基づく沸騰冷媒遷移条件を提案し、既往の他研究を含む多くの実験データから、その正当性を示した。また、沸騰様相の観察から、容器底部の伝熱面からの加熱によって発生する高密度低沸点媒体の気泡は、高密度低沸点媒体の液相を巻き込みながら液-液界面を突破し、低密度高沸点媒体の液相中を上昇する様子が確認された。さらに、非共溶性混合媒体の伝熱様相は主に４つのパターンに分けられ、高密度低沸点媒体の液高さのわずかな差で、伝熱様相に大きな違いが生じることが確認された。さらに、液高さが低い２つの条件での伝熱面における沸騰挙動を確認し、沸騰曲線に見られた伝熱様相を説明した。
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