多成分流体の沸騰熱伝達と限界熱流束に及ぼす濃度の影響の発現機構解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650208
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 藤田 恭伸 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (90037763)
• 研究分担者: 内田 悟 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (80038041) ; 白 強 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (00274499)
• キーワード: 沸騰熱伝達 / 他成分流体 / 混合媒体 / 限界熱流速 / 濃度依存性 / 熱伝達予測式

研究概要

(1)気泡成長の解析コード開発と数値シミュレーション
気泡成長の数値解析法をALE法にもとずいて定式化した.ついで,等温伝熱面の境界条件下の気泡成長に適用し,流動と伝熱の計算結果から熱伝達に対するメニスカス液膜の蒸発寄与が大きいことを定量的に示した.気泡の垂直合体や水平合体を解析するため,差分法による三次元解析コードを新たに開発し,単成分流体の気泡成長にともなう先行気泡との合体および隣接気泡との合体を解析し,気泡の形状変化,温度場,速度場を把握した.
(2)二成分流体の強制対流沸騰における濃度の影響
二成分流体として冷媒R-134aとR-123との混合流体について,水平管内の強制対流沸騰におけるフローパターンの観察熱伝達の実験圧力損失の測定を行った.その結果,圧力損失には濃度の影響は基本的に発現しない.また,低クオリティの核沸騰領域の伝熱劣化はプール核沸騰の場合と同様な気液界面の温度上昇による有効温度差の低下,高クオリティの強制対流蒸発領域の伝熱劣化は環状液膜内の濃度の円周方向分布が主因であることを明らかにした.
(3)三成分流体のプール沸騰における濃度の影響
三成分流体のプール沸騰曲線を冷媒R-134a, R-142b, R-123の混合液について測定し,熱伝達劣化と相平衡図との関連性を詳細に検討した.その結果,蒸発界面とバルク液のあいだの温度差が低下することを通して濃度差の影響が発現するとの確信を得た.そしてボイリングレンジを支配因子として伝熱劣化の割合を相関し,プール核沸騰熱伝達の整理式を得た.

研究成果

• [文献書誌] Q.BAI, Y.FUJITA: "Numerical Simulation of Bubble Growth in Nucleate Boiling-Effects of System Parameter"Proc. of UEF Conference on Boiling 2000-Phenomena & Emerging Applications. 1. 116-135 (2000)
• [文献書誌] Y.FUJITA, M.TSUTSUI, Q.BAI: "Heat Transfer in Nucleate Boiling of Binary and Ternary Mixtures"Proc. of 3rd European Thermal Sciences Conference. 2. 767-772 (2000)
• [文献書誌] M.TSUTSUI, T.W.LIM, Y.FUJITA: "Heat Transfer and Pressure Drop in Flow Boiling of Binary Mixtures in a Uniformly Heated Horizontal Tube"Proc. of 4th JSME-KSME Thermal Engineering Conference. 2. 341-346 (2000)
• [文献書誌] Y.FUJITA, M.TSUTSUI: "Nucleate Boiling of Multicomponent Mixtures"Proc. of Int. Workshop on Current Status and Future Directions in Boiling Heat Transfer and Two-Phase Flow. 1. 51-58 (2000)
• [文献書誌] Y.FUJITA, M.TSUTSUI: "Experimental Investigation in Pool Boiling Heat Transfer of Ternary Mixture and Heat Transfer Correlation"Proc. of the 5th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics. 1. 355-260 (2001)
• [文献書誌] Y.FUJITA, M.TSUTSUI: "Heat Transfer in Nucleate Boiling of Binary Refrigerant Mixtures"International Journal of Transport Phenomena. 3(4). 365-377 (2001)