2015 Fiscal Year Annual Research Report
太陽光・太陽熱同時利用システム用高性能な発泡金属冷却器に関する研究
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15F15361
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
党 超鋲 東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (30401227)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ZHU YU 東京大学, 新領域創成科学研究科, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2015-11-09 – 2018-03-31
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| Keywords | 太陽エネルギー / 発泡金属 / 沸騰伝熱 / 限界熱流束 / 伝熱促進 / 太陽光発電 / 太陽熱利用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高効率な太陽エネルギー利用システムの技術開発と社会普及のため、高集光倍率太陽光発電システムと高性能な冷却器により得られた高温太陽熱のコージェネレーションシステムを提案し、高い総合太陽エネルギー利用システムの開発を行う。そのために、高熱流束条件における高効率なマイクロチャンネル冷却の開発が不可欠である。本研究は、発泡金属を用いた高効率な冷却器の開発を目的とする。発泡金属を用いた冷却セル内部の流動特性と伝熱特性の解明、特に高倍率集光型太陽電池冷却用高熱流束条件における流動様式の変化と核生成メカニズムの解明および伝熱性能の予測手法の開発を行う予定である。
平成27年度11月～平成28年度3月31日までには、（1）高熱流束冷却性能評価用可視化観察及び流動沸騰伝熱特性計測実験装置の設計を行った。今装置の組み立てが完了し、予備実験より装置の健全性を確認中である。（2）発泡金属を用いた冷却セル内部の流動特性と伝熱特性の数値シミュレーションに必要である発泡金属の有効熱伝導モデルの検証を行った。気泡の発泡金属の骨格内の移動および局所熱非平衡の効果が対流伝熱への影響を評価するために、発泡金属の有効熱伝導率と気液混合物性を導入した。数値解析モデルを用いて発泡金属内の流動と伝熱特性の理論解析の準備を整えた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
特別研究員の来日は10月末でした。来日後、研究活動に積極的に参加し、実験設備の設計と製作を行った。今は装置の組み立てが完了し、予備実験より装置の健全性を確認中である。また、理論解析のための発泡金属を用いた冷却セル内部の流動特性と伝熱特性の数値シミュレーション手法の検討を行い、発泡金属の有効熱伝導モデルの構築が行った。今数値解析手法への実装を行っている。概ね当初の研究計画通りに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度には、高熱流束条件における発泡金属充填流路内の二相流動と伝熱特性の実験計測を行い、高熱流束条件での沸騰伝熱モデルを確立させ、発泡金属の形状の最適化と表面改質による伝熱促進手法の開発を行う予定である。
まず理論研究について、発泡金属充填流路内の高熱流束沸騰伝熱の数値計算モデルを構築し、伝熱性能の理論的な予測を行う。そのため、1）相対浸透率モデル（発泡金属の骨格への気泡の相対浸透）（2）慣性係数モデル（骨格に対して気泡の慣性係数）（3）気―液―固対流伝熱係数モデル（骨格内の気泡の移動、破裂と合体時の対流伝熱への影響）（４）相変化伝熱モデル（骨格内の気泡の移動、破裂と合体時の相変化伝熱への影響）（５）表面特性による相変化伝熱特性への影響（６）骨格形状の影響、などのモデルを構成し、数値解析を行う。
また、高熱流束条件における発泡金属内の気泡の核生成、生長、離脱と流路内の移動の特性を実験的に把握し、沸騰伝熱特性への影響を調べる。そのため、
（1）発泡金属の表面改質手法の確立。化学処理により、発泡金属の骨格の親水化および撥水化処理を行う。（2）発泡金属骨格の幾何パラメータの特定と等価熱伝導率の計測（3）高速度カメラにより高熱流束条件での発泡金属内気泡の生成と運動プロセスの可視化観察。特に気泡核の生成、気泡の成長と離脱、気泡の運動と骨格との衝突の可視化観察により、理論計算の妥当性を検証する。（4）高熱流束条件での発泡金属内の沸騰伝熱特性の実験計測を行い、理論モデルとの比較により、伝熱メカニズムの解明と最適な形状の検討を行う。
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Research Products
(1 results)
