Shape measurement and dry-out mechanisms of a falling liquid film on a wall under thermal radiation

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04197
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: 丹下 学 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (70549584)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大宮 喜文 東京理科大学, 理工学部建築学科, 教授 (10287469) ; 小野 直樹 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (20407224)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 液膜流 / 防災 / 流体力学 / 伝熱工学 / 建築工学

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，建築物の延焼防止手法である壁面への散水システムの最適化を背景に，壁面上の流下液膜による建築部材の受熱低減効果を定量化するために，輻射加熱壁面上の流下液膜を対象として，液膜形状・液膜内速度分布が乾き面発生に与える影響を解明することを目的とする．具体的には，(1)流下液膜性状（液膜厚さ分布・液膜内速度分布）の光学的な方法による非接触・非定常な計測手法を確立した後，(2)加熱条件下における液膜性状と乾き面発生との関係を明らかにする．
今年度は，（2）に関連して，実スケール実験の継続課題として，ガスバーナーを用いて実際の火災に近い高い熱流束での鉛直ガラス壁面上の水膜加熱実験を遂行した．液膜内温度分布の数値計算を踏まえて伝熱機構の評価に必要な実験的数値を得るとともに，研究目的の一つである乾き面発生条件についても，重要な知見が得られた．さらに，温度分布を高解像度，即時性をもって計測した結果，温度揺らぎの移流から液膜の流下速度を間接的に求めることができることを示した．これは，本研究の目的である液膜速度の計測手法開発の際に，手法検証の比較データとして用いることもできる．
（1）の流下液膜性状計測については，非点収差PTVという新しい手法を用いる．水膜に懸濁したトレーサ粒子の三次元位置を捕らえることで，水膜厚さ方向の速度分布や液膜厚さを求めることができる．当該年度では，実験室スケールの装置を設計し，粒子系や測定範囲などの設計を行った．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新しい液膜厚さ計測手法の開発において，レーザ変位計による計測精度の検証を予定していたが，交付額の問題からレーザ変位計の購入が不可能になった．そこで，他の手法による計測精度の検証方法を開発することとなり時間がかかった．

Strategy for Future Research Activity

昨年度得られた実スケール温度分布測定実験の結果を論文にまとめ，さらに，流下速度計測の新手法を国際会議にて発表する．
昨年度設計した非点収差PTV実験装置を実装し，計測手法の検証実験を行う．

Causes of Carryover

研究計画に遅れが出て，研究目的の（1）計測手法の開発における検証用実験装置の製作が完了していないためである．今年度は計画に従い，実験装置の製作を続ける．