2018 Fiscal Year Research-status Report
ナノフルードは次世代の革新的な熱輸送媒体になりうるのか?
Project/Area Number |
18K03965
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Research Institution | Yamagata University |
Principal Investigator |
赤松 正人 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (40315320)
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Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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Keywords | ナノフルード / 自然対流熱伝達 / 強制対流熱伝達 / 熱物性 |
Outline of Annual Research Achievements |
ナノフルードとは,熱伝導率の小さい分散媒に分散質として分散媒よりも熱伝導率の大きいナノサイズの粒子を分散させた分散系である.このナノフルードは次世代の革新的な熱輸送媒体であると注目されているが,熱伝達性能向上を示す報告とともに逆の性能を示す報告もある.申請者らによる先の数値解析研究は,この矛盾の一因がナノフルードの熱物性評価と熱伝達率評価の方法にあることを見出した.そこで申請者は,ナノフルードの熱物性測定から実験相関式を,それを用いた層流強制対流熱伝達実験から実験式を導出し,ナノフルードの熱伝達特性を実験的に,さらに数値解析的に解明することを目的としている. 平成30年度は,「等温冷却または等熱流束加熱された円管内層流強制対流におけるA1203-水ナノフルードの数値解析」,「竪型円筒容器内のA1203-水ナノフルードの自然対流数値解析と実験研究」,そして「ナノフルードを用いたBenard対流熱伝達の実験研究」から,以下の知見を得た.まず第一に,異なる参照温度において体積分率が同じとき,粒子径が小さいほどA1203-水ナノフルードと水の平均Nu数比は小さくなる.第二に,粒子径と体積分率が同じとき,参照温度が高いほどA1203-水ナノフルードと水の平均Nu数比は小さくなる.第三に,異なる参照温度において,体積分率が同じとき,粒子径が小さいほどA1203-水ナノフルードと水の平均熱伝達率比は大きくなる.第四に,粒子径と体積分率が同じとき参照温度が高いほどA1203-水ナノフルードと水の平均熱伝達率比は大きくなることなどを数値解析と実験の両面から見出した.
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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
Khanafer and Vafaiによって報告されたAl2O3-水ナノフルードの熱物性算出のための実験相関式(Int. J. Heat and Mass Transfer, 2011)を用いて,ナノフルードを作動流体とする円管内層流強制対流熱伝達実験および密閉容器内自然対流実験と同じ条件下で数値解析を行い,熱伝達場の可視化を行うとともに,様々なデータを抽出し,分析を進めている.これと同時に,ナノフルードを作動流体とする円管内層流強制対流熱伝達実験およびナノフルードの有効粘度測定を様々な条件下で実施している.なお,ナノフルードの有効熱伝導率測定は平板比較法をベースにした測定装置を作製中であり,今年度半ばよりナノフルードの熱伝導率測定を実施する予定である.
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Strategy for Future Research Activity |
今年度は,Khanafer and Vafaiによって報告されたAl2O3-水ナノフルードの熱物性算出のための実験相関式(Int. J. Heat and Mass Transfer, 2011)を用いて,ナノフルードを作動流体とする円管内層流強制対流熱伝達実験と同じ条件下で数値解析を行い,広範な層流強制対流熱伝達数値解析からナノフルードの熱伝達特性を解明し,熱伝達性能を左右する因子を特定することを目標とする.これと同時に,円管内層流強制対流熱伝達実験と熱物性測定をパラレルに実施し,数値解析と実験の両面からナノフルードの熱物性を正確に評価するための実験相関式を導出し,これにより算出された熱物性と申請者らにより示された熱伝達率評価法を用いて,ナノフルードの熱伝達性能を左右する因子明らかにすることを目標とする.
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Research Products
(8 results)