2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Novel Cooling System by Combination of Flow Pulsation and Boiling Heat Transfer
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19K14916
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福江 高志 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (80647058)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 脈動流 / 気泡制御 / 気泡成長・離脱 / 伝熱促進 / はく離 / 沸騰曲線 / 過熱度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度構築した沸騰を含む脈動水流の実験系を用いて，そのスケール効果を明らかにするため，特に流量（時間平均Reynolds数），脈動波形（加速期間と減速期間の長さと比率），熱流束の大きさをパラメタとして，伝熱性能の実験と，気泡の生成・成長・離脱の様子の可視化を実施した．
実験条件は下記の通りとした．前年度に引き続き，直径 8 mm の加熱円柱を 1 cm x 1 cm の正方形断面のテストセクションに実装し，蒸留水をポンプで流動させた．電磁弁を周期的に開閉させることにより脈動流を発生させた．スケール効果の検証も狙い，時間平均 Reynolds数を 320 ～ 3150 の範囲で設定した．加熱円柱に付与した熱流束は 125 W/cm^2 ～ 320 W/cm^2 とした．電磁弁の開閉（１周期の時間は 0.6 秒～2.0秒とした）により脈動を誘起したが，このときに加速期間と減速期間の比率を変更した９種類の動作パターンを準備した．全ての脈動実験に対応して，時間平均流量が等しい定常流の実験も実施し，脈動流の発生と気泡の生成・離脱，伝熱促進への影響について比較を行った．
結果，脈動条件で，定常流付与時に比して同等，またはそれ以上の伝熱性能が得られた．特に特定の脈動波形においては，定常流に比して10%強の伝熱性能向上がみられた．このとき，向上が見られない条件では，加熱円柱の周囲で誘起された気泡が離脱できずに，円柱背後のはく離域に滞留した．一方，向上が確認できたケースでは，発生した気泡が減速期間において周囲の主流に押され，円柱背面から離脱する様子が確認できた．これにより，加熱されていない冷媒が円柱背面に流れ込み，円柱背面の伝熱を促進することで，全体の冷却能力が向上することが確認できた．沸騰曲線の変化も確認したところ，適切な脈動条件の選択により，同等の熱流束に対する過熱度の抑制もできた．
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