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2023 Fiscal Year Annual Research Report

沸騰熱伝達マルチスケールモデリングのための素過程研究

Research Project

Project/Area Number 21H01265
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

矢吹 智英  九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (70734143)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) Shen Biao  筑波大学, システム情報系, 助教 (80730811)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords沸騰熱伝達 / マクロ液膜 / 界面活性剤 / 高速度赤外線カメラ
Outline of Annual Research Achievements

昨年度,純水と同様に界面活性剤水溶液においてもマクロ液膜が観察された結果を踏まえ,まずは,気泡底部の液膜の挙動と液体物性の関係を調べるために,界面活性剤濃度と沸騰における壁面上の気液構造の関係を観察した.純水の場合と比べると,比較的低濃度では,液膜が壁面によく濡れる状態が観察されて熱伝達率が向上した.一方で,界面活性剤濃度を増やしていくと,液膜が撥水的挙動をとって壁面の乾き面積が大きくなり,伝熱が劣化していく興味深いが結果が得られた.界面活性剤の界面での吸着状態と壁面上の濡れと伝熱の関係を調べる新しい研究の方向性が得られた.沸騰の数値計算では,壁面上の液の流動と壁面局所熱伝達率の関係を観察した.結果として,液の壁面への接近速度が大きいほど熱伝達率が高くなり,液の壁面からの離反速度と熱伝達率の間の相関は小さいことがわかった.また,沸騰のメカニズムを調べるにあたって必要な実験データ解析を機械学習により行うシステムの開発にも取り組んだ.まずは,物体検出アルゴリズムYOLOを用いて側方から撮影した気泡画像から気泡の離脱を判定する手法を開発した.次に,高速度赤外線カメラで撮影した熱伝達率分布から,時系列情報を加味した畳み込みニューラルネットワークによりミクロ液膜とその他の領域を識別する手法を開発した.長い解析時間を要する熱伝達率分布を必要とせず赤外線強度分布のみから伝熱素過程の分類を行う手法の開発が今後の課題となる.

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] ポールシェラー研究所(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      ポールシェラー研究所
  • [Journal Article] Observation of the mechanisms of boiling heat transfer enhancement through the addition of a nonionic surfactant using high-speed infrared thermometry2023

    • Author(s)
      Io Nanako、Tamura Ryota、Tanaka Takanori、Nakamura Jun、Yabuki Tomohide
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      Volume: 216 Pages: 124589~124589

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124589

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] プール核沸騰における壁面熱輸送機構の直接観察2023

    • Author(s)
      矢吹 智英
    • Organizer
      化学工学会 第54回秋季大会
    • Invited
  • [Presentation] 水の飽和プール沸騰の熱伝達メカニズム2023

    • Author(s)
      矢吹 智英
    • Organizer
      混相流シンポジウム2023
    • Invited
  • [Presentation] Observation of heat transfer mechanisms in pool saturated boiling of water and a surfactant solution2023

    • Author(s)
      Tomohide Yabuki
    • Organizer
      NSF Thermal Transport Cafe Seminar
    • Invited
  • [Presentation] 数値計算による水のプール沸騰熱伝達メカニズムの研究2023

    • Author(s)
      庄野 竜生, 畑中 健太, Sato Yohei, 矢吹 智英
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム
  • [Presentation] ニューラルネットワークに基づく沸騰現象のサーモグラフィ可視化の高速解析システムの開発2023

    • Author(s)
      塚原健,黒田容保,Shen Biao,金子暁子,畑中健太,矢吹智英
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム
  • [Presentation] 機械学習を利用した核沸騰における気泡挙動のサーモグラフィ可視化システムの開発2023

    • Author(s)
      塚原健,黒田容保,Shen Biao,金子暁子,畑中健太,矢吹智英
    • Organizer
      混相流シンポジウム2023

URL: 

Published: 2024-12-25  

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