2013 Fiscal Year Research-status Report
微細翼型チューブを利用したヒートポンプ用高性能気液熱交換器の開発
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25420154
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
大西 元 金沢大学, 機械工学系, 助教 (80334762)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
多田 幸生 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (20179708)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 熱交換器 / 翼型チューブ / 気相側 / 熱伝達 / 冷凍空調 / ヒートポンプ |
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| Research Abstract |
エネルギー有効利用の観点から，空調・冷凍機器に代表されるヒートポンプ技術のさらなる高性能化が求められている．そのためには，気液熱交換器の小型・高性能化が欠かせず，冷媒用の流路はさらなる細径化が必要となっている．そこで本研究では，微細翼型チューブ熱交換器を提案し，気相側の伝熱性能をさらに向上するために各パラメータの及ぼす影響に関する追究を行う．さらに，冷媒側細径流路内の熱流動特性の把握と冷媒分配特性に対する実験的検討を行う．そして，検討した結果を総合して高性能な気液熱交換器を開発し，コンパクトな高効率ヒートポンプ技術を確立することを目的とする．本年度は，提案する微細翼型チューブ熱交換器を対象に，気相側伝熱性能のさらなる向上を目的に，実験的・数値解析的にレイノルズ数と幾何形状の影響を詳細に評価し，チューブ形状を含めた最適条件を追究した．具体的には，フィンレス微細翼型チューブ熱交換器の気相側伝熱性能向上を図るべく，まずは新たな提案である前後縁部に拡張部を設けたチューブ形状の検討を含めた最適な条件を数値解析的に追究した．そして，拡張前後縁部の有効性を評価した結果，伝熱性能が向上することが分かった．また，レイノルズ数，チューブ列ピッチ，チューブ段ピッチが熱流動場に与える影響を検討した結果，最適な条件を明らかにすることができた．さらには，数値シミュレーションの妥当性を評価するため，冷媒流路のない金属製翼型チューブ群における非定常法を用いた実験を行い，妥当な計算結果となっていることを確認した．また，次年度以降に行う冷媒側の実験に先立ち，気液二相流の相変化を伴う数値解析コードを開発し，妥当性の評価を行った．さらに，微細流路を用いたヒートポンプ技術の高性能化の観点から，熱音響冷凍機における冷凍性能をFDTD法を用いて数値解析的に検討を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，提案した微細翼型チューブ熱交換器の気相側の伝熱性能をさらに向上するために，各パラメータの及ぼす影響に関する数値解析的検討と実験的検討を行った．そして，十分な成果が得られたので，ほぼ当初の予定通りに進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，微細翼型チューブ熱交換器の気相側の伝熱性能をさらに向上するために新たな方策を提案し追究を行う．さらに，冷媒側の細径流路内二相流の相変化を伴う熱流動特性を実験的に評価し，マクロな流路との特性の違いを理解する．具体的には，細径流路における気液二相流の圧力損失と凝縮・蒸発熱伝達特性について，冷媒流路の細径化に伴うマイクロスケールの熱流動を理解することを目的に，流路の流動・伝熱特性を実験的に検討する．さらに，ハイスピードカメラとマイクロスコープを組み合わせて冷媒の相変化挙動を観察し，マイクロ領域における流量・熱流束条件と流動様相の関係を把握する．また，以上により得られた結果を基にして，細径流路における冷媒の凝縮・蒸発熱伝達に関する機構と特性を理解し，数値解析に組み合わせる相変化モデルを構築する予定である．
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