Study of Boiling Refrigerant Transition by Flow Boiling of Immiscible Mixtures

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04221
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 本田 逸郎 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00229254)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河南 治 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (20382260)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 強制対流沸騰 / 非共溶性混合媒体 / 沸騰熱伝達

Outline of Annual Research Achievements

今年度は研究２年目として実験装置を改修し、実験を実施した。加熱試験部は昨年度と同様で流路幅30 mm、流路高さ2 mmの矩形流路、底面はアルミの伝熱ブロックとなっている。伝熱ブロックは流れ方向に７セクションに分かれており、それぞれ流れ方向に25 mmで、総加熱長さは175 mmである。試験流体も昨年度と同じく、水とFC-72の組み合わせである非共溶性混合媒体を用い、流動沸騰実験を行った。試験部入口流体温度は平衡温度から10 K低温に設定した。さらに、それぞれの流体の単一成分での実験も行った．また、加熱試験部全体はCCDカメラで観察し、さらに下流部の３セクション（セクション５、６、７）は高速度カメラにて観察した。FC-72と水の流量比はFC-72:水を0:5, 1:4, 2:3, 3:2, 4:1, 5:0とし、総流量を5L/minで一定とした。
その結果、低熱流束域での優れた熱伝達や沸騰冷媒遷移特有の熱伝達特性が確認された．特に、FC-72が0.1 L/min、水0.4 L/minの流量条件において、他の実験条件と比較して広い熱流束範囲における優れた熱伝達特性が確認された。一方でFC-72 の流量比が多くなってゆくにつれて、特に沸騰冷媒遷移後の熱伝達率が低下していった。取得した実験データ、および撮影動画から、FC-72 の流量比増大に伴い沸騰冷媒遷移後の伝熱面への水の供給が適切に行われなくなることが熱伝達率低下の原因と考えられる。なお、沸騰冷媒遷移は全ての非共溶性混合媒体の流量条件で確認された。
さらに、加熱試験部出口温度の導出モデルを構築し、実験結果と良好な一致を得た。

Current Status of Research Progress

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

Reason

沸騰冷媒の有無の検証のみならず、流量比の熱伝達への影響を検証するなど、実施計画を超えて進展している。また、出口温度の導出モデルを構築するなど、付加的な成果も得られている。
一方、コロナ禍での研究活動の制限により、流路高さをパラメータとした実験までは実施できなかった。
以上から研究進捗状況を総合すると、概ね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

流路高さと総流量をパラメータとした実験が必要である。流路高さは、昨年度と今年度に観察された、水が毛細管力によって壁面近傍に集まる挙動に影響すると考えられ、総流量は最適な冷媒混合比に影響すると思われる。
実験装置上は上記のパラメータに十分に対応できることから、今年度の研究実施が可能である。

Causes of Carryover

コロナ禍での研究活動制限により、学会や研究打ち合わせが中止やweb開催となり、出張旅費の支出がなくなった。また、実験時間の制限のため、実験に用いる消耗品などの支出も減少した。研究を有意義に進めるため、残額を次年度に繰越し、次年度使用額とした。