Improvement of lubrication / heat removal characteristics of oil-soaked metal members by applying an electric field and elucidation of the mechanism

2021 Fiscal Year Annual Research 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, 准教授 (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), 准教授 (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

初年度には実験装置の作製と解析方法の確立を行い，次年度には，1価の不飽和脂肪酸と飽和脂肪酸，比較のための極性基を持たない炭化水素油を供試して，安定化電源にて電場を印加し，油層を介する熱伝達係数の変化を調べた。無電場状態での熱伝達率が不飽和脂肪酸よりも低い飽和脂肪酸を用いた電場下での熱伝達試験では，数百ボルトの電圧印加により，厚さ0.27mmの油層での熱伝達率が3倍以上も向上することが見出された。そして，昨年度は，電場下における脂肪酸層の熱伝達率が向上するメカニズムを明らかにするために金属蓄熱体（ステンレス）の伝熱面の表面性状（酸化被膜の性状）を変えたものを用意し，印加電圧の極性の違いによる伝熱挙動の変化などを詳細に測定した。熱伝達試験後の供試油中の生成化合物について調べた結果，金属石鹸などの明確な生成が無い（試験中の供試油の劣化を考えなくてよい）ことが確認できた。蓄熱体の表面性状が電場下における脂肪酸層の熱伝達率向上挙動を支配していることを明らかにした。また，伝熱界面の脂肪酸層に脂肪酸分子の移動を抑制するために誘電体繊維から成るシートを挟みこんで熱伝達試験を行ったところ，電場下での薄い油層を介した熱伝達には層内での対流が大きな役割を果していることが確認された。本年度は当初の研究期間の延長期間として，まず，これまで得られた結果を基に考察を進める上で必要となった実験結果の再現性の確認を行った。これまでの実験結果が妥当であることを確認した上で，本研究で得られた知見と他の文献による知見とを対照しつつ，電場下における伝熱面近傍での媒質分子の挙動を考察した。これを国際学術雑誌への投稿論文にまとめた。