| 研究課題/領域番号 |
18K03973
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
大川 富雄 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20314362)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | クエンチ / 高温面冷却 / 熱伝達率分布 / 濡れ開始温度 / 相関式 / 液膜進展速度 |
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| 研究実績の概要 |
高温の鉛直壁面に沿って、上部より液膜が流下する体系で、高温伝熱面の冷却挙動を実験的に調べた。壁面の材質として赤外線に対して透明なシリコンを選択し、さらにシリコン表面に赤外線に対して不透明なITO膜を成膜した。本実験体系を用いて、赤外線サーモグラフィーによる伝熱面温度の高時間・高空間分解能計測を可能とした。伝熱面初期温度と液膜流量をパラメーターとして、様々な条件で、流下液膜によるクエンチ時の伝熱面温度分布の高時間分解能計測を実施し、温度計測結果を熱伝導方程式に代入することで、熱伝達率分布を算出した。この結果、熱伝達率分布は、液膜先端の固気液三相界線の付近でピークとなり、上流と下流の両方向に向かって漸近的に低下することが分かった。
本実験データより、クエンチ時の熱伝達率分布とクエンチ温度に関する相関式を導出するとともに、熱伝導方程式に代入してクエンチ速度を計算し、計算結果が実験結果と一致することを確認した。
本研究で開発したクエンチ時の熱伝達率分布に関する相関式は、従来の多くの相関式と異なり、分布形状の仮定等を行っていない。したがって、既存相関式と比較して、格段に高い信頼性を具備しており、クエンチ速度の正確な評価を可能とする上で、きわめて貴重な成果と考えられる。今後、より広範な条件で実験を実施して、相関式の適用範囲を拡大するとともに、液膜先端部の下流における先行冷却のメカニズムを解明し、機構論的相関式開発につなげることが重要と考えられる。
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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
当初計画通り、クエンチ時の伝熱面温度分布を高時間・高空間分解能で計測することに成功した。本実験データに基づいて、既存相関式と比較して格段に高い信頼性を具備するクエンチ時熱伝達率分布の相関式を開発するとともに、実験で計測されたクエンチ速度が再現されることを確認できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験条件を拡大して、開発した相関式の適用範囲を拡大する。また、高温面クエンチ時の先行冷却効果を正確に記述する熱伝達率分布相関式を導いたが、現在の相関式は経験則の域を出ない。高速度カメラを用いた現象観察により、クエンチ点下流における高温面の冷却メカニズムを解明し、ここで得られた情報を用いて機構論的相関式を開発する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究では、伝熱面初期温度、液膜流量、伝熱面構成材料の物性値、伝熱面表面性状等、数多くのパラメーターを変更して、広範な条件でデータを取得する必要がある。当初、これらの条件を網羅的に変更することを予定したが、実験を進める過程で、同一の実験条件で多数回の実験を実施して、実験結果のばらつきをよく把握するとともに、高温伝熱面の特に液膜先端下流の乾き領域における熱伝達メカニズムを慎重に考察することで、より信頼性の高い実験データおよび熱伝達率分布と濡れ開始温度に関する相関式を取得可能であることがわかった。このため、初年度は、当初計画よりも実験条件を絞って、流下液膜によるクエンチ時の温度分布データの取得を行った。このため、実験に使用する伝熱面の数を抑えたため、物品費が低く抑えられた。次年度は、初年度に開発した相関式の適用範囲を拡大するため、伝熱面の熱的物性値や表面性状を含めて、より広範な条件でデータの収集を行う計画としている。このため、初年度の残額については、基板上への薄膜の成膜費用等、実験で使用する伝熱面製作等で使用する。
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