| 研究概要 |
水ー氷の間に介在する凍結潜熱を利用する氷蓄熱では,顕熱のみを利用する水蓄熱に比べて数倍高い蓄熱密度を得ることができる。しかし,氷蓄熱では,蓄冷時には氷層の形成・成長による熱抵抗が増大する。また,放冷温度が水の最大密度点を含む温度領域にあることから,自然対流による氷の融解過程では蓄熱水の流れに逆転域が発生,伝熱性能を著しく低下させる。氷蓄熱システム高効率化研究の初年度として,以下の結果を得た。
(1)水槽内における水の凍結と融解の最も基本的な問題として,鉛直壁に沿う凍結と融解について解析を行ない,凍結・融解界面の消長,熱伝達率に対する自然対流の影響を明らかにした.すなわち,限られた大きさの水槽内での水の凍結では,最初高かった水温は次第に低くなり,4℃,水の密度が最大になる温度,を経って0℃に達する。この密度の反転のため水側の流れの状態が変化し,これに伴なって固液界面での熱伝達率もまた経時的に変化する。熱伝達率は最初高い値を示すが,その後急速に低くなり,水温の低下と相俟って伝熱量が低下する。従って,凍結量に及ぼす対流の効果は小さく,概略にはStefan問題として扱うことが可能である。
一方,融解では加熱面温度が流れを決める因子となる.加熱面温度が4℃を越すと互いに逆向きの二つの循環流が形成され,加熱面温度が8℃の時熱伝達率が最小になることが明らかになった.
(2)強制対流場での氷の融解では,主流流速2〜8cm/s,主流温度1.5〜6℃の流水中での単一氷円柱の融解実験を行なって,放熱特性をレイノルズ数とヌッセルト数の関係として明らかにした。
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