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2015 年度 実績報告書

バブルダイナミクスに及ぼす表面性状効果を利用する最適沸騰面に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 26889044
研究機関九州大学

研究代表者

Shen Biao  九州大学, 学内共同利用施設等, 研究員 (80730811)

研究期間 (年度) 2014-08-29 – 2016-03-31
キーワードプール沸騰 / 親水撥水複合 / 沸騰開始 / 減圧下沸騰 / 数値シミュレーション / 拡散界面法 / マッハ・ツェンダー干渉計
研究実績の概要

1. Experimental study of boiling heat transfer on a biphilic surface
We have designed and fabricated a heterogeneous boiling surface with spatially varying wettability, which exhibits exceptional heat transfer performance at various pressures. Specifically, at atmospheric pressure, the onset of nucleate boiling is lowered significantly (to negative levels) on a superhydrophilic (CA<10°) TiO2 surface coated with an array of hydrophobic PTFE (Polytetrafluoroethylene, CA>120°) spots of 6-mm diameter and 7-mm pitch. The facilitated boiling incipience extends boiling to low-heat-flux applications as an effective means of heat transfer. At reduced pressures, on the other hand, technical limitations on boiling, such as large incipience temperature overshoots, have been greatly mitigated by using a copper boiling surface sputter-coated with 5-micron Ni/TFEO (Tetrafluoroethylene oligomer) particles of various designs. Additionally, we have used a laser Mach-Zehnder interferometer to observe thermocapillary convection above the biphilic surface, which contributes to enhanced heat transfer with high concentrations of dissolved gas.
2. Numerical simulation of bubble dynamics on a biphilic surface
We have performed a numerical study of phase transition of a two-component system by using a diffuse-interface method. The results show contrasting bubble behaviors, from firm attachment under dynamic equilibrium to partial departure (pinch-off) from the biphilic surface, as the concentration of dissolved gas increases.

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Bubble activation from a hydrophobic spot at “negative“ surface superheats in subcooled boiling2015

    • 著者名/発表者名
      Shen, B., Suroto, B.J., Hirabayashi, S., Yamada, M., Hidaka, S., Kohno, M., Takahashi, K. and Takata, Y.
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering

      巻: 88 ページ: 230

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2014.10.054

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 減圧下における撥水斑点加工面上の沸騰伝熱および気泡挙動2016

    • 著者名/発表者名
      山田将之
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      大阪府大阪市
    • 年月日
      2016-05-24 – 2016-05-26
  • [学会発表] Boiling heat transfer enhancement with hydrophobic islands at sub-atmospheric pressures2016

    • 著者名/発表者名
      Yamada, M.
    • 学会等名
      the 1st Pacific Rim Thermal Engineering Conference
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-03-13 – 2016-03-17
    • 国際学会
  • [学会発表] Boiling heat transfer enhancement on heterogeneous surfaces with spatially varying wettability2016

    • 著者名/発表者名
      Shen, B.
    • 学会等名
      Workshop on Thermal Issues for Hydrogen and Related Energy Systems
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2016-02-04 – 2016-02-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Saturated boiling of water on biphilic surfaces under sub-atmospheric pressure2015

    • 著者名/発表者名
      Shen, B.
    • 学会等名
      The 14th UK Heat Transfer Conference
    • 発表場所
      Edinburgh, UK
    • 年月日
      2015-09-06 – 2015-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] サブクール状態における撥水斑点上の単一気泡の挙動におよぼす溶存空気の影響2015

    • 著者名/発表者名
      山田将之
    • 学会等名
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      福岡県福岡市
    • 年月日
      2015-06-03 – 2015-06-05
  • [学会発表] Pure subcooled boiling of waterobserved on a surface with mixed wettability2015

    • 著者名/発表者名
      Shen, B.
    • 学会等名
      International Workshop on Phase Change and Wetting Phenomena
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2015-06-02 – 2015-06-02
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of air-rich bubbles on a superbiphilic surface in subcooled boiling2015

    • 著者名/発表者名
      Shen, B.
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Boiling and Condensation Heat Transfer
    • 発表場所
      Boulder, CO., USA
    • 年月日
      2015-04-26 – 2015-04-29
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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