| 研究概要 |
本研究は,発電所等の水蒸気サイクルにおける復水器や,空調機器における凝縮器などに用いられている高性能凝縮管の伝熱性能の一層の改善を目的とするものである.これらの凝縮管では,伝熱面積の増大と熱伝達率の向上のために,管外面にロ-フィンが加工され,その高さ・ピッチ・形状などを最適化するよう工夫されている.しかし,水蒸気の凝縮では,水の表面張力が大きいため,凝縮液がフィン間に滞留し,有効な伝熱面積が大幅に削減され伝熱が劣化する.本研究では,電場を利用してフィン間に充満する凝縮液を排除するという,伝熱促進の新しい方法について以下のような実験を行い,いくつかの知見を得た.
実験では,凝縮室内に平滑円管あるいはロ-フィン付円管を水平に設置し,管内に冷却水を流して,凝縮室内の水蒸気が円管外面上で凝縮するようにした.水平管の底部側に,管底から1〜3mm離して電極線を1本水平に張り,これと凝縮管との間に直流電圧を印加した.この印加電圧をある値以上に大きくすると,平滑円管外面上あるいはロ-フィン間に滞留していた凝縮液は電極線に引き寄せられ,その結果凝縮液膜厚さが薄くなったり,有効凝縮面積が増えて熱伝達率が増大した.具体的には,
1.水平平滑管における伝熱促進率として,本実験では最大1.26という値を得た.また,ロ-フィン付凝縮管については,最大伝熱促進率として2.4を得た.後者の値は,従来提案されている他の方法と比較して有意に高い値である.
観察によれば,ロ-フィン付水平凝縮管の場合,熱流束一定の条件で印加電圧を上げていくと,ある電圧で急激に熱伝達率が増大する.この現象は,凝縮管底部から流下する凝縮液が,液膜状から液柱状に変化することに対応していることがわかった.
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