2016 Fiscal Year Research-status Report
低コヒーレンス干渉法の開発と管内相変化伝熱における薄液膜挙動の解明への適用
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16K06109
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
党 超鋲 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (30401227)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 薄液膜挙動 / レーザー干渉法 / 低コヒーレンス干渉法 / 微細流路伝熱 / スラグ流の数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，低質量速度で高伝熱性能が期待できる微細矩形伝熱管内において冷媒が相変化の際に形成される薄液膜を高精度に計測するため，低コヒーレンスレーザー干渉法による液膜厚さの絶対値と分布の同時計測と，レーザー共焦点変位計による局所液膜厚の高速計測を行い，伝熱管の形状，表面特性および動作条件における相変化伝熱特性を解明する．
H28年度は、まず低コヒーレンスレーザー干渉法の開発を行った．低コヒーレンス干渉法は空間的なコヒーレンスの低い光源を用いて、参照光と薄液膜を透過する測定光から形成する二次元の干渉縞の強度情報を検出し，それを行程差に変換することで液膜厚みの情報が得られる手法である．マイクロアクチュエーターを用いて参照ミラーの位置を10μm ずつ変位させて生じる干渉縞のピーク点の光強度を記録し，参照ミラーの位置情報との相関から検量線を作り、実際の矩形管の断熱条件における干渉縞の計測および液膜情報の抽出が成功した．
また、レーザー共焦点変位計を用いて、0.25㎜～1㎜の円形微細流路内の気液二相流流動様式の変化、スラグ流領域の圧力損失損失特性、気相速度および薄液膜厚みの高速計測を行った．管径、気液組成比、質量速度および表面特性による薄液膜挙動を系統的に計測した．更に、微細流路内の気液流動特性を明らかにするために、移動座標系におけるスラグ流の流動特性の数値解析を行い、実験結果とよく一致した数値数値解析結果が得られた．
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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
当初の目標である低コヒーレンス干渉法の開発がほぼ成功した．これから開発した手法を矩形管に適用し二次元液膜の計測を行う予定である。また、レーザー共焦点変位計を用いて内径0.25㎜～1mmまでの微細流路における気液二相流動特性の計測を行い、数値計算手法との比較も行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
（1）非円形（矩形，三角形）微細流路における液膜挙動の可視化観察と伝熱特性の把握：水力直径0.5～1mm 程度の矩形・三角管内の管内凝縮・蒸発時の流動様式変化を高速カメラで撮影し，伝熱性能の実験計測を行う，伝熱管形状，冷媒の物性および運転条件における液膜挙動の巨視的な情報を取得する．凝縮実験において，水冷による凝縮時の流動様式変化と伝熱特性を計測する．蒸発実験においては，無電解メッキ法を用いてガラス管内壁面に金薄膜コーティングした蒸発管を用いて，流動沸騰時の可視化観察と伝熱性能実験を行う．使用する冷媒は低ＧＷＰ冷媒であるＲ1233ｚｄ(Ｅ)である．
（２）レーザー共焦点変位計による蒸発時の薄液膜挙動の直接測定：レーザー共焦点変位計を用いて金メッキ透明ガラス管における蒸発時の薄膜挙動の直接計測を行う．伝熱管は，矩形，三角形のガラス管を用いる．冷媒の質量流束，熱流束と乾き度を条件に局所液膜の時系列変化を計測する．また，レーザー共焦点変位計を固定するステージをマイクロアクチュエ
ーターで微調整することで，液膜の空間分布の情報も取得する．
（２）低コヒーレンス干渉法の計測手法の開発：金メッキ透明蒸発ガラス管における低コヒーレンス干渉法を用いて液膜の計測を行う．冷媒の質量速度，熱流束と乾き度による干渉縞の分布とピーク点の強度情報を抽出して薄膜の挙動を計測する．断熱条件での結果と比較することにより，相変化を伴う薄液膜の挙動を整理する．
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| Causes of Carryover |
低コヒーレンス干渉法の開発に除振台が必要ですが、中古品を購入したため、研究経費の節約を図った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
伝熱実験に使用する予定。
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