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2021 年度 実績報告書

流れの脈動化と沸騰伝熱の融合による冷却機構の創成

研究課題

研究課題/領域番号 19K14916
研究機関金沢工業大学

研究代表者

福江 高志  金沢工業大学, 工学部, 准教授 (80647058)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード脈動流 / 気泡制御 / 気泡成長・離脱 / 伝熱促進 / はく離 / 沸騰曲線 / 過熱度
研究実績の概要

昨年度構築した沸騰を含む脈動水流の実験系を用いて,そのスケール効果を明らかにするため,特に流量(時間平均Reynolds数),脈動波形(加速期間と減速期間の長さと比率),熱流束の大きさをパラメタとして,伝熱性能の実験と,気泡の生成・成長・離脱の様子の可視化を実施した.
実験条件は下記の通りとした.前年度に引き続き,直径 8 mm の加熱円柱を 1 cm x 1 cm の正方形断面のテストセクションに実装し,蒸留水をポンプで流動させた.電磁弁を周期的に開閉させることにより脈動流を発生させた.スケール効果の検証も狙い,時間平均 Reynolds数を 320 ~ 3150 の範囲で設定した.加熱円柱に付与した熱流束は 125 W/cm^2 ~ 320 W/cm^2 とした.電磁弁の開閉(1周期の時間は 0.6 秒~2.0秒とした)により脈動を誘起したが,このときに加速期間と減速期間の比率を変更した9種類の動作パターンを準備した.全ての脈動実験に対応して,時間平均流量が等しい定常流の実験も実施し,脈動流の発生と気泡の生成・離脱,伝熱促進への影響について比較を行った.
結果,脈動条件で,定常流付与時に比して同等,またはそれ以上の伝熱性能が得られた.特に特定の脈動波形においては,定常流に比して10%強の伝熱性能向上がみられた.このとき,向上が見られない条件では,加熱円柱の周囲で誘起された気泡が離脱できずに,円柱背後のはく離域に滞留した.一方,向上が確認できたケースでは,発生した気泡が減速期間において周囲の主流に押され,円柱背面から離脱する様子が確認できた.これにより,加熱されていない冷媒が円柱背面に流れ込み,円柱背面の伝熱を促進することで,全体の冷却能力が向上することが確認できた.沸騰曲線の変化も確認したところ,適切な脈動条件の選択により,同等の熱流束に対する過熱度の抑制もできた.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] CFD-Based Study on Relationship between Cooling Performance of Pulsating Flow and Rib Height mounted in Mini Rectangular Channel2021

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Hayakawa, Takashi Fukue, Hidemi Shirakawa, Wakana Hiratsuka
    • 雑誌名

      Journal of Technology & Innovation

      巻: 1 ページ: 26-29

    • DOI

      10.26480/jtin.01.2021.26.29

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 矩形管路に実装した円柱まわりの沸騰伝熱促進に対する脈動流の有効性2022

    • 著者名/発表者名
      福江高志, 浜谷慧一, 松浦克樹, 白川英観, 小糸康志
    • 学会等名
      第59回日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] 矩形リブの熱伝達と流れの過渡変動履歴の関係についての数値解析2022

    • 著者名/発表者名
      福江高志, 早川慎太郎, 平塚わかな, 白川英観
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部2022年合同講演会 2022年3月5日
  • [学会発表] 1DCAEと自然界の熱流体2021

    • 著者名/発表者名
      福江高志
    • 学会等名
      日本機械学会 1DCAE・MBDシンポジウム2021
    • 招待講演
  • [学会発表] 脈動流による伝熱促進に向けたリブ間隔の影響調査2021

    • 著者名/発表者名
      早川慎太郎, 福江高志, 白川英観
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2021
  • [学会発表] 脈動流による沸騰気泡除去と伝熱促進に関する実験的研究2021

    • 著者名/発表者名
      浜谷慧一, 福江高志, 白川英観
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2021
  • [学会発表] Possibility of Next Innovation of Forced Convection Cooling in High-Density Packaging Electronic Equipment by Pulsating Flow Phenomena from Knowledge of Nature2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Fukue
    • 学会等名
      2021 International Conference on Electronics Packaging
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 福江研究室ホームページ

    • URL

      https://www.fukuelab.net/

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公開日: 2022-12-28  

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