| 研究課題/領域番号 |
22K14194
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
喜多 由拓 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 客員助教 (40840616)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 伝熱 / 滴状凝縮 / 可視化 / 濡れ性 / 感温塗料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
滴状凝縮は，50年以上も前から高効率な熱輸送特性を持つ事が知られているが，一般性のある理論や整理式がなく，工学的に実現されていない．理由は，凝縮核生成→液滴成長・合体→離脱という滴状凝縮サイクルにおける局所かつ非定常の熱輸送現象がこれまで未知であったからである．本研究では感温塗料を用いた，安価かつ高空間・時間・温度分解能を両立した熱計測システムを開発し，滴状凝縮における局所非定常伝熱特性を実験的に明らかにする．将来的には，実験事実から滴状凝縮熱伝達の理論を完成させ，最適な滴状凝縮サイクルを実現する伝熱面の創成に繋げる．
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| 研究成果の概要 |
エネルギーの高効率利用を底上げしうる凝縮伝熱の高度化に向けて、その基本的特性を解明すべく局所非定常熱伝達可視化手法を開発した。感温塗料を用いることで、研究実施者が知る限りでは初の凝縮における高解像度温度分布画像の取得に成功した。この画像から、様々な濡れ性を持った伝熱面上の液滴挙動に付随する伝熱現象を詳細に観察し、特に高熱伝達率を得られる「滴状」凝縮における伝熱メカニズムに迫ることが可能になった。実験範囲を広げることで、滴状凝縮を維持するための重要な伝熱面設計パラメータを特定することが期待される。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
相変化（沸騰・凝縮）を伴うエネルギーシステムにおいて、凝縮部は長年の間、エネルギー効率のボトルネックであった。凝縮には二つの形態（滴状、膜状）があり、滴状凝縮は高い熱伝達率を持つことは知られていたが、現象の複雑さから、伝熱量および低効率な膜状凝縮への遷移条件の予測が困難であった。そのため、現状は膜状凝縮を前提とした運用が行われている。本研究は、従来の凝縮研究に新たなアプローチを加え、滴状凝縮の物理機構解明に大きく寄与するものであり、学術的および工学的に価値の高いものである。
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