| 研究課題/領域番号 |
20K14658
|
|---|
| 研究機関 | 弘前大学 |
|---|
研究代表者 |
岡部 孝裕 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (70772713)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | 相変化材料 / 赤外線サーモグラフィ / 2色レーザー誘起蛍光法 / 粒子画像流速測定法 / レイリーベナール対流 / 可視化計測 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究課題では，相変化材料の融解過程で生じるレイリーベナール対流の熱流動現象の解明を最終目的とし，具体的な目標として「液相内温度場・速度場と加熱面熱伝達率分布の同時可視化計測システムの構築」，「諸種条件下における相変化材料内熱流動現象の可視化実験」，「モデル化，データベース構築」を設定した．
本年度は①開発した温度・速度・加熱面熱伝達率の時空間同時計測手法を用いた相変化材料の融解実験への適用と②様々な実験条件における可視化実験を主に実施した．
① 開発した手法を相変化材料に適用するために，相変化材料の融解実験の実験・解析方法の最適化を実施した．特に，粒子画像流速測定法におけるトレーサー粒子の選定，混入量，混入方法，撮影系の最適化（ノイズ低減，レンズ，光源，撮影速度等）のための予備実験を行った．また，得られた実験データをもとに，画像処理手法の改良（ノイズ低減，データの可視化など）を行った．相変化材料の融解実験の最適化のために真空脱気法や気泡混入防止方法，レーザー照射法，熱損失軽減法の確立，ステンレス箔ヒーターの発熱分布の均一化のための予備実験を実施した．
② 相変化材料として，蓄熱材としてよく使用されるnオクタデカンを用いた相変化材料の融解過程で生じるレイリーベナール対流の可視化実験を行った．実験では特にステファン数が加熱面熱伝達特性および液相内熱流動にどのような影響を与えるのかに着目した．結果より，ステファン数を変化させると液相内の対流セル挙動が大きく変化し，融解面形状や液相内温度，ヌセルト数に影響を及ぼすことが明らかとなった．
|
| 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
本研究課題では，相変化材料の融解過程で生じるレイリーベナール対流の熱流動現象の解明を最終目的とし，本年度の目標を①開発した可視化システムを相変化材料融解実験への適用と最適化すること，②ステファン数が相変化材料内レイリーベナール対流に与える影響の検証と設定していた．
上記の通り，同時可視化計測システムの適用と最適化，画像処理法の改良，相変化材料の融解実験と同時可視化を実施し，良好な結果を得ることができた．つまり，当初予定していた研究計画は，おおむね順調に進展していると考える．
|
| 今後の研究の推進方策 |
本年度に引き続き，相変化材料の融解過程で生じるレイリーベナール対流の可視化実験を実施する．特に容器縦横比やプラントル数，ステファン数，レイリー数条件をより幅広く変化させた場合の実験を実施し，詳細な相変化材料内熱輸送メカニズムの解明を目指す．
得られた諸種条件下における可視化計測データを使用して，相変化材料の融解過程で生じるレイリーベナール対流現象のモデル化を行う．さらに，実験データを上記パラメータ等で整理し，潜熱蓄熱システムの最適な熱設計の指針となり得るデータベースの構築を実施する．
|
