着霜を伴う熱・物質伝達並びに除霜の機構とその制御に関する研究

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63420029
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 相原 利雄 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90006172)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 本郷 三夫 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (40006177) ; 神山 新一 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80006171) ; 大場 利三郎 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006169) ; 島 章 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006168) ; 山川 紀夫 岩手大学, 工学部・資源化学工学科, 教授 (50005295)
• Keywords: 着霜 / 除霜 / 凝縮 / 熱伝達 / 物質移動 / 流動層 / 平行平板 / 可視化

Research Abstract

1.着霜時の熱・物質伝達と霜生成の研究(主として岩手大学で実施)
結霜および膜状凝縮を伴う湿り空気からの熱・物質伝達の機構を解明するため、垂直平板間に湿り空気を乱流状態で流し、広範な湿度差(ΔC)領域について熱伝達率hと物質伝達率Kcを実測し、下記の結果を得た。
(1)ΔCを増加させると、熱伝達率hは、あるΔCを境にして増加から減少に転じることがわかった。
(2)hの増加領域に対しては濃度境界層内でのミストの生成に伴う潜熱の発生が、霜相および液膜表面近傍の温度勾配を大きくする。また、hの減少領域に関しては、境界層内で発生した潜熱は、気流により液膜表面に運ばれるが、空気の抵抗が大きく、その輸送には限界があり、液膜表面に直接凝縮する水蒸気の割合が増加すること、などが考察された。
2.流動層中の冷却管群からの熱・物質伝達と除霜機構の研究(主として東北大で実施)
平均径0.92mmのガラスビ-ズを用いた衝突噴流式極再層流動層中に設置された直径10および20mmの一列円管群の伝熱と除霜実験を行い、下記の結果を得た。
(1)ブライン温度を-20℃まで下げ、その局所熱伝達率と着霜面積率の測定を行い、着霜面積率は管直径にほとんど依存せず、管表面温度と伝熱面熱流束に依存することを定量的に明らかした。
(2)流動層および単相衝突噴流中の冷却円管群の局所熱伝達率は、単相一様流に比較して約4倍以上良好になることを明らかにし、伝熱面温度が-15℃以下でも無着霜運転の可能性のある見通しを得た。
(3)レ-ザ-流速・粒径システムを用いて、粒径測定と粒子運動の解析を開始した。

Research Products

• [Publications] T.Aihara,H.Gakumasawa S.Maruyama and M.Hongoh: "Frost and Defrosting on TubeーArry Evaporators in a Fluidized Bed and an Impinging Jet" Experimental Thermal and Fluid Science. 2. 62-71 (1989)
• [Publications] 圓山重直 相原利雄 田中義昭 笠原啓介: "低圧力損失型流動層を応用したヒ-トポンプ用空冷裸管凝縮器の開発" 空気調和・衛生工学会論文集. 40. 57-63 (1989)
• [Publications] 宝田充 泉正明 山川紀夫: "強制対流下における湿り空気からの熱および物質移動に関する研究" 化学工学会第22回秋季大会講演要旨集. 810 (1989)
• [Publications] 宝田充 泉正明 山川紀夫: "強制対流下における湿り空気からの熱および物質移動に関する研究" 化学工学論文集. (1990)