2022 Fiscal Year Research-status Report
Significant enhancement of critical heat flux with three-dimensional porous-media manufacturing and surface modification technologies of heat-transfer surface structure
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21K04945
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
古谷 正裕 早稲田大学, 理工学術院, 教授(任期付) (80371342)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 沸騰熱伝達 / 限界熱流束 / 付加造形 / 多孔質体 / メニスカス / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に改良した沸騰伝熱設備を用いて、プール沸騰熱伝達実験を行った。伝熱面の親水性を更に高めるため、水熱合成により酸化鉄及び酸化銅ナノ粒子を付着させた伝熱面を作成した。さらに伝熱面上にメニスカス効果を与えるため、線径約0.08 mmの極細線ウールを約1 mmの厚さで配置した。伝熱面に近い側からナノ粒子、極細線ウール、メッシュの複雑構造となるため、それぞれの限界熱流束及び沸騰熱伝達の向上効果を把握するため、7種類の伝熱面を作成し、個別に試験を行った。
実験の結果、ナノ粒子の堆積のみでも沸騰熱伝達と限界熱流束が共に向上した。ナノ粒子堆積伝熱面に対して水滴を滴下し、接触角が低下していることを確認したことから、限界熱流束の向上は、伝熱面の親水性向上によると考えられる。
極細線ウールを配置した場合にも沸騰熱伝達と限界熱流束が共に向上した。極細線ウールのメニスカス構造は拡大伝熱面として、また冷却水供給機構として機能していると考えられる。しかしながら厚さが約1 mm以上を越えると限界熱流束が顕著に低下することから、厚くなることで極細ウールとの接触抵抗が増大し、拡大伝熱面として機能せず、気泡が充満しやすくなることにより、限界熱流束を低下させると考えられる。
3Dプリンタを用いてねじり板を内面に有する煙突構造を造形し、伝熱面上に設置した。円管よりねじり板を設置することで、限界熱流束が向上することが判明した。伝熱面に供給する水流量を増大できることが限界熱流束を向上させたと考えられる。
これらの構造がもたらす相乗効果により限界熱流束は2.62 MW/m2と2.5倍に増大した（令和4年度中尾健人氏修士論文）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
作成したナノ粒子の堆積と極細線ウールのメニスカス構造、並びにメッシュの組合せは複雑構造でありながら相乗効果を示して限界熱流束を昨年度より更に向上させる効果を得られており、計画以上に進展したと評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
得られた成果を基に、限界熱流束増大のために最適な伝熱面の多孔質体構造を見出し、実験結果を系統的に説明できる数理モデルを作成する。得られた成果を学会等で公表し、議論等を通じて得られた知見を、本研究の推進に反映する。
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Research Products
(3 results)
