電場付与による油浸金属部材の潤滑・除熱特性の向上とそのメカニズムの解明

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04596
• Research Institution: Fisheries Research and Education Agency
• Principal Investigator: 田村 賢 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産大学校, 講師 (20367832)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 千鶴 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 講師 (50452652)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 電場印加 / 伝熱挙動 / 脂肪酸

Outline of Annual Research Achievements

電場印加による潤滑特性や熱伝達特性の変化は，脂肪酸分子が電場によって金属表面へ配向，吸着・脱離，流動することによると考えられ，それには脂肪酸分子に備わる極性基が大きな役割を果たしているとみられる。2018年度は，2つ1組のステンレス製の円柱型蓄熱体を作製した。円柱端面を対向配置した2つの蓄熱体には，接触端面から距離を定めて熱電対を挿入しており，それぞれ異なる温度に保った2つのステンレス蓄熱体で脂肪酸を含む媒質を挟み込み，ステンレス蓄熱体に電場を印加したときの非定常伝熱の測定を行った。これに付随して，ステンレス蓄熱体における非定常伝熱の数値計算コードを作成し，界面熱伝達係数をフィッティングパラメータとして実測データを再現するようシミュレーションを行い，脂肪酸を含む接触界面での熱伝達係数を見積った。本シミュレーションでは，蓄熱体表面からの対流による熱の逃げを実験的に調べ，数値計算に反映させている。金属-脂肪酸層-金属の系（脂肪酸媒質が流動し難い系）において正負の極を固定して電場印加を行った場合，熱伝達が抑制される結果が得られた。今後，媒質が流動し易い系において伝熱状態を評価する予定である。
また，電場印下における潤滑性向上について評価するために回転円柱と平板の接触による摩擦試験装置を水産大学校本科卒業論文のテーマとして作製した。本機は摩擦部への垂直荷重と摩擦が発生した場合の摩擦力を測定できるようになっている。現在は，電場を印加しない条件で試験機の動作を確認している段階である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

電場印加可能な2つ1組のステンレス製の円柱型蓄熱体を作製した。端面を対向配置した２つの蓄熱体には，接触端面から距離を定めて熱電対を挿入しており，それぞれ異なる温度に保った2つの蓄熱体で脂肪酸を含む媒質を挟み，ステンレス蓄熱体に電場を印加したときの非定常伝熱の測定が行えるようになった。また，実験装置に付随して，ステンレス円柱内での非定常伝熱の数値計算コードを作成した。これにより，実測データを再現するようシミュレーションを行って脂肪酸を含む接触界面での熱伝達係数が見積もれるようになった。金属-脂肪酸層-金属の系という脂肪酸媒質が流動し難い系において，極を固定した電場印加を行った場合，熱伝達が抑制される結果を得るに至った。また，電場印下における潤滑性向上について評価するために回転円柱と平板の接触による摩擦試験装置を作製し，摩擦部への垂直荷重と摩擦が発生した場合の摩擦力を測定できるようになった。

Strategy for Future Research Activity

2018年度は，2つ1組のステンレス製の円柱型蓄熱体を作製し，それぞれ異なる温度に保った2つの蓄熱体で脂肪酸を含む媒質を挟み，蓄熱体に正負の極を固定して電場を印加したとき（脂肪酸媒質が流動し難い系）の非定常伝熱挙動を調べた。ステンレス円柱の非定常伝熱の数値計算コードを作成し，実測データを再現するようシミュレーションを行い，脂肪酸を含む媒質層の接触界面での熱伝達係数を見積った。金属-脂肪酸層-金属という脂肪酸媒質が流動し難い系において電場印加を行った際に熱伝達が抑制される結果が得られた。この実験結果を踏まえて，今後（2019年度）は媒質が流動し易い系において伝熱状態を評価する予定である。
また，2018年度は電場印下における潤滑性向上について評価するために回転円柱-平板の接触による摩擦試験装置を作製し，電場を印加しない条件で試験機の動作を確認した。本試験機は摩擦部への垂直荷重と摩擦が発生した場合の摩擦力を測定できるようになっている。2019年度は摩擦試験において電場を印加して実験を行う予定である。

Causes of Carryover

他の予算で購入できたものがあり，また，定価よりも安く納入されたものがあったから。