二相ル-プ形熱サイホン内の熱伝達に関する研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 62550161
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 井村 英昭 熊本大学, 工学部, 教授 (10040396)
• 研究分担者: 吉田 正道 有明工業高等専門学校, 講師 (80149989)
• キーワード: 熱サイホン / 沸騰熱伝達 / 凝縮熱伝達 / ル-プ形 / 循環流量

研究概要

前年度までに、開放形および密閉形ル-プ熱サイホンにおいて、加熱部内沸騰熱伝達、冷却部内凝縮熱伝達(これは密閉形のみ)および循環流量に関する実験的研究を行ない、多くの実験デ-タを得た。沸騰熱伝達については、循環流速が比較的遅く、加熱部長さが短いため、プ-ル沸騰に対する熱伝達の式(Stephan-Abdelsalamの式)でよく整理できることが分った。凝縮熱伝達については水平管内膜状凝縮の式で整理した結果、作動液体が加熱部から冷却部へ持ち上げられる場合は管底部に液溜りができるために、熱伝達係数の低下が現われた。一方、循環流量は熱負荷の増大と共に最初増加し、さらに熱負荷が増大すると減少する傾向を示すことが実験的に示された。そこで、ル-プ内の温度、エンタルピ、圧力、乾き度およびボイド率の分布を理論的に計算することによって、循環流量を求める数値計算プログラムを作成し、実験値と計算値の比較検討を行なった。しかし、理論計算において、熱負荷が大きい場合、収斂がうまくいかない場合があった。以上の経緯に続いて、本年度に得られた結果は次の通りである。
1.熱負荷が大きい領域まで収斂できるように理論数値計算プログラムを改良した。これによって、ル-プ熱サイホン内の限界熱流束を予測することが可能となった。
2.本研究で開発された計算方法をル-プ形熱サイホンの一種である二重管熱サイホンに適用し、地熱抽出への二重管熱サイホンの応用の可能性を理論的に検討し、計算結果を示した。
3.二重管熱サイホンに関する理論的研究と並行して、二重管熱サイホン内の沸騰熱伝達と限界熱流束への内管入口形状の影響について実験的研究を行なった。その結果、T字形をした入口形状が有効であることが分った。

研究成果

• [文献書誌] 井村英昭: "二相ル-プ形熱サイホンにおける流動と熱伝達" 日本冷凍協会論文集. 5(1). 63-72 (1988)
• [文献書誌] IMURA Hideaki: "Flow and Heat Transfer Characteristics in a Two-Phase Loop Thermosyphon" Proceedings of International Symposium on Phase Change Heat Transfer,1988-5,Chongging,P.R.China. 579-584 (1988)
• [文献書誌] 井村英昭: "密閉二相ル-プ形熱サイホンにおける熱伝達(蒸発部および凝縮部の熱伝達に関する実験的研究)" 日本冷凍協会論文集. 5(2). 11-19 (1988)
• [文献書誌] 井村英昭: "密閉形二相ル-プ熱サイホン内の流動および熱伝達" 日本冷凍協会論文集. 6(2). 73-82 (1989)
• [文献書誌] IMURA Hideaki: "The Extraction of Geothermal Energy by a Long Double Tube Thermosyphon" 7th International Heat Pipe Conference,1990-5,Minsk,USSR. (1990)
• [文献書誌] 井村英昭: "二重管熱サイホン内の伝熱特性" 日本機械学会論文集.