| 研究課題/領域番号 |
21K03908
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
|
|---|
| 研究機関 | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
|---|
研究代表者 |
中村 元 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (80531996)
|
|---|
| 研究分担者 |
山田 俊輔 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (90516220)
船見 祐揮 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (70738004)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
|
|---|
| キーワード | 伝熱 / 沸騰 / 計測 / 可視化 / 動的メカニズム / 赤外線イメージング / 沸騰熱伝達 / 可視透明ヒータ / 高時空間分解測定 / 流動沸騰熱伝達 / 時空間変動測定 / 赤外線カメラ / 微細流路 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
高速度赤外線カメラを用いた手法により，矩形微細流路内の流動沸騰に伴う熱伝達変動を高時空間分解で定量測定する．赤外線および可視光を透過する窓材上にITO薄膜ヒータを成膜した伝熱面を用いることで，流路内の流動状態を同時に可視化する．熱伝達測定の時空間分解能を高めるため，石英をベースとした低熱伝導率の窓材を使用する．測定データから，薄液膜蒸発，ドライアウト，リウェッティング等の各種素過程に対応した熱伝達変動特性を明らかにするとともに，スラグ流，環状流等の各流動形態における熱伝達変動の定式化を試みる．
|
| 研究成果の概要 |
矩形微細流路内の水の流動沸騰熱伝達を赤外線カメラを用いて高時空間分解（2000fps，25μm/pixel）で測定した．質量流束は150kg/(m^2・s)，壁面熱流束は40～120kW/m^2とし，気泡流およびスラグ流の条件で測定を行った．その結果，本実験条件では強制対流による伝熱が支配的であることや，薄液膜蒸発による伝熱促進の寄与が全伝熱量を押し上げる効果があることが示された．加えて，従来の伝熱予測式では考慮されていない三相界線による熱流束上昇や，ドライアウトやリウェットによる熱流束の低下や急上昇も局所的には伝熱量に大きな影響を及ぼすことが明らかになった．
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
熱交換器の小型化・高性能化を目的として流路の微細化が進められており，空調用では辺長1mm程度の矩形微細流路を並列化した扁平多孔管熱交換器が開発されている．ただし，流動沸騰に内在する高速かつ複雑な熱伝達変動特性は現状ではあまり明らかにされていない．熱伝達変動特性が明らかになれば，流動沸騰熱伝達の学術的理解が深まると共に，熱伝達予測式の精度向上や，数値シミュレーションの高精度モデル構築への貢献が期待できる．本研究では，高速度赤外線カメラを用いた手法が熱伝達変動特性を調査する上で有効であることを示した．また，気泡流とスラグ流の測定を行い，沸騰熱伝達を構成する各素過程の寄与度について調査した．
|
