| 研究課題/領域番号 |
16K18322
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
柴原 誠 神戸大学, 海事科学研究科, 特命助教 (70628859)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 熱工学 / 船舶工学 / 相変化蓄熱材 / 排熱回収 |
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| 研究実績の概要 |
平成29年度は、蓄熱材の非定常熱伝達率から熱伝導率を求める方法を検討し、また、蓄熱材の沸騰開始点及び沸騰熱伝達率を計測し、実験相関式を得た。また、蓄熱材の使用限界を把握するために、種々の液温における沸騰開始時の熱流束を計測した。本実験は、平成28年度に制作した実験装置を用いて実施し、試験発熱体には白金細線を用いた。白金細線の電気抵抗はダブルブリッジ回路により計測し、電気抵抗と温度の関係より白金細線の平均温度を求めた。試験発熱体の表面温度は、熱伝導方程式により算出した。実験結果より、熱流束が増加するにつれ試験発熱体の表面温度差は平成28年度に取得した自然対流熱伝達の相関式に沿って増加し、沸騰開始後、自然対流熱伝達の相関式から離れ核沸騰へ移行することを確認した。なお、核沸騰の様子は、デジタルマイクロスコープにより可視化した。また、実験結果に基づき、核沸騰熱伝達率の実験相関式を取得するとともに、発熱率の上昇速度を変化させた場合の沸騰開始点の実験表示式を取得した。これらの各相関式は、伝熱流動解析の蓄熱モジュールの設計に反映され、フィン付き蓄熱モジュールのプロトタイプを制作した。一方、管内側の熱伝達率を調べるために水ループ強制対流試験装置による単相強制対流熱伝達実験及び流動沸騰実験を実施し、管内強制対流熱伝達に関する実験相関式を取得した。実験では、給水圧力を加圧器により調整し、サブクール度は予熱器を制御することで単相強制対流熱伝達率及び沸騰熱伝達率を計測した。また、沸騰開始点についても沸騰音を計測し、ウェーブレット解析により沸騰開始点を検出する手法を開発した。伝熱流動解析では、管内流れの非定常解析を実施し、管内温度分布を明らかにするとともに、管壁面温度を伝熱流動解析より求める手法を検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
蓄熱材の非定常熱伝達率を広範囲に計測し、相関式を作成することができた。また、管内対流熱伝達率に関しても、広範囲な実験計測が計画どおりに実施できた。さらに、平成28年度に取得した蓄熱材（D-mannitol）の非定常自然対流熱伝達率及び熱容量から熱伝導率の推定が可能となった。また、蓄熱材の沸騰熱伝達率に加え、非定常時の沸騰開始点に関する相関式も取得することができた。一方、伝熱管にジュール加熱を行うことで管内の対流熱伝達、沸騰開始点及び沸騰熱伝達率を計測し、計画どおりに伝熱流動解析が実施することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
蓄熱材の自然対流熱伝達に関する伝熱流動解析を実施し、これまでに得られた実験データの比較検討を行う。本解析では、物理モデルの評価を行うとともに、蓄熱材への入熱がエンタルピーに及ぼす影響を明らかにする。さらに、実験で得られた伝熱管内外の数値シミュレーションを実施し、伝熱特性及び相変化時の熱伝達過程を明らかにする。伝熱管内では、高サブクーリングの非定常熱伝達過程となり不明な点が残るため、垂直円柱発熱体を用いた強制対流熱伝達に関する実験を追加し、高サブクーリングから飽和温度域までの非定常流動伝熱について調べる。また、真空断熱比熱装置を用いて蓄熱材のエンタルピーから潜熱量を算出する計算コードを新たに開発し、蓄熱材の特性評価を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の予定より出張回数が減少し、旅費及び参加費が縮小したため執行に遅れが生じた。執行が遅れた費用は、旅費及び参加費として計上する。
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