2021 Fiscal Year Annual Research Report
機能表面による気泡の捕獲・輸送・生成技術の構築と混相熱流動機構の究明
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19K04217
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
北川 石英 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 准教授 (80379065)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 対流熱伝達 / 混相流 / 機能表面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
気泡注入技術は，機械・船舶・医療など幅広い分野で利用されており，多くの場合では，壁面近傍の気泡挙動が機器性能に直接的影響を与える．このため，壁面近傍の気泡挙動の制御は，気泡利用効果の飛躍的な向上に直結する．本研究では，濡れ性が部分的に異なる機能表面を利用した気泡の捕獲・輸送・生成技術の構築と，機能表面利用時における二相流場の流動特性の究明を目的とし，研究①「自然対流気液二相流」，研究②「水平チャネル内気液二相流」を対象とした実験を行った．（研究①）撥水面と親水面が複合した鉛直加熱平板に沿う自然対流気液二相流の熱伝達特性を明らかにするため，撥水領域の長さ LH が LH = 0, 1, 2, 4 mm の条件のもと，温度計測・気液二相速度同時計測を行った．その結果，LH = 2 mm の場合の気泡注入時の熱伝達率は，LH = 0 mm のそれに比して，9%程度高くなることがわかった．この熱伝達率の増加は，撥水面で合体した気泡の揺動運動と気泡界面からの渦放出によって生じた壁垂直方向の液体混合に起因する．（研究②）撥水面付着単一気泡の抗力係数を算出するために，気泡レイノルズ数 Reb が 250 ≦ Reb ≦ 1480，ウェーバー数 We が 0.7 ≦ We ≦ 6.5 の範囲において，壁面付着単一気泡を対象とした可視化画像計測を行った．その結果，ウェーバー数の増加とともに，気泡の前方・後方接触角の差が増大することがわかった．また，気泡レイノルズ数・ウェーバー数に対する壁面付着気泡の抗力係数の依存性は小さく，壁面付着変形気泡の抗力係数は非変形気泡のそれよりも僅かに高いことがわかった．
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