微細流路内沸騰熱伝達の高時空間分解測定および動的伝熱メカニズム解明

微通道沸腾传热的高时空分辨率测量及动态传热机理的阐明

• 批准号: 21K03908
• 负责人: 中村 元
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03908/
• 关键词: 流動沸騰熱伝達; 計測; 可視化; 赤外線イメージング; 可視透明ヒータ; 時空間変動測定; 沸騰熱伝達; 高時空間分解測定; 赤外線カメラ; 微細流路

R4年度に実施した主な内容を以下にまとめる．1) 矩形微細流路の実験装置製作：ヘッドタンク，純水装置，脱気装置，加熱用熱交換器，予熱器，測定部，冷却用熱交換器から成る実験装置を製作した．測定部はポリカーボネート製であり，辺長2 mm，長さ180 mmの矩形流路を形成した．矩形流路底面の一部を可視透明ヒータ（フッ化カルシウム窓材の上面に幅2 mmのITOを成膜したヒータ）を設置した．本実験装置により，水の質量流束100～200 kg/(m2・s)程度，ヒータの加熱熱流束～190 kW/m2の条件で流動沸騰（気泡流およびスラグ流）の生成が可能であることを確認した．2) 流動沸騰の熱伝達変動測定：上記装置の測定部において，流動沸騰の挙動を2台の高速度カメラを用いて上方および下方から撮影した．同時に，ヒータ（ITO膜）の温度変動を，下方から金ミラーを介して高速度赤外線カメラ（2000 Hz，0.2 mm/pix）で測定した．その結果，気泡生成，薄液膜蒸発，ドライアウト，リウェッティングによる高速な熱流束変動の測定が可能であることを確認した．これにより，各流動パターンに対応した瞬時の熱流束分布とその時間変動を定量的に把握することが可能になった．また，気体スラグの成長に伴う薄液膜の形成により熱流束が大きく上昇することを確認した．3) 沸騰による壁温変動の予測に関する基礎的検討：液滴内の沸騰気泡生成に伴う熱伝達変動を簡易にモデル化し，このモデルを境界条件とした熱伝導シミュレーションを行った．壁面の材質を変化させたシミュレーションを行った上で既報の解析解と比較・検討した結果，壁温変動振幅は基本的には壁面の熱浸透率に反比例することが示された．

The main contents of the R4 year are as follows. 1) the rectangular micro-flow circuit equipment is used as follows. 1) the equipment of the rectangular micro-flow circuit is made of the following equipment: the equipment of the rectangular micro-flow circuit, the water device, the stripper device, the interchanger, the predictor, the measuring unit, the cooling device and the cooling device. The measuring department is equipped with a high temperature and a long length of 2 mm. The rectangular flow path with a length of 180 mm forms a device. On the bottom of the rectangular flow path, a transparent channel can be seen on the top of the 2 mm ITO film forming device. This equipment is sensitive, and the water flow beam is 100,200 kg/ (m2 ·s). It is possible that the flow boiling temperature is confirmed. 2) the flow boiling temperature measurement: the upper device is used to determine the temperature, and the flow boiling equipment is used to measure the temperature. At the same time, the upper part of the device is measured, and the high-speed camera of 2 sets of high-speed equipment is used at the same time. The temperature sensor (ITO film) temperature sensor, the lower temperature sensor (2000 Hz,0.2 mm/pix) measurement results, bubble formation, thin film steaming, temperature response, temperature response, high-speed flow beam dynamic measurement, high-speed temperature measurement, temperature response, temperature, temperature The distribution of the current beam in the instant of each flow, the quantitative grasp of the timing of the flow, the distribution of the current beam, the distribution The growth of the liquid film is accompanied by the formation of a thin liquid film and the formation of a thin liquid film. 3) the wall temperature of the boiling liquid is affected by the temperature of the liquid droplet: the formation of boiling bubbles in the droplet is accompanied by the formation of thermal conductivity. In this paper, the boundary conditions are used to determine the accuracy of the boundary conditions. the results of the analytical analysis of the results of the wall temperature dynamic amplitude measurement show that the infiltration rate of the wall surface is inversely proportional to the temperature of the wall.

项目成果

矩形微細流路における沸騰挙動と熱伝達変動の同時計測の試み

尝试同时测量矩形微通道中的沸腾行为和传热波动

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Yoshida;S. Yamada;Y. Funami;H. Nakamura;吉田 雅輝，山田 俊輔，船見 祐揮，中村 元
• 通讯作者: 吉田 雅輝，山田 俊輔，船見 祐揮，中村 元

High spatio-temporal resolution measurement of boiling heat transfer of a falling droplet

落滴沸腾传热的高时空分辨率测量

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Yoshida;S. Yamada;Y. Funami;H. Nakamura
• 通讯作者: H. Nakamura

Spatiotemporal resolutions in the measurement of heat transfer fluctuations on a thin film formed on a window material via an optical method

通过光学方法测量窗口材料上形成的薄膜的传热波动的时空分辨率

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.122723
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Heat and Mass Transfer
• 影响因子: 5.2
• 作者: M. Yoshida;H. Nakamura
• 通讯作者: H. Nakamura

可視透明ヒータ伝熱面とした落下液滴沸騰熱伝達の赤外線計測

使用可见透明加热器传热表面对下落液滴的沸腾传热进行红外测量

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Yoshida;S. Yamada;Y. Funami;H. Nakamura;吉田 雅輝，山田 俊輔，船見 祐揮，中村 元
• 通讯作者: 吉田 雅輝，山田 俊輔，船見 祐揮，中村 元

Attempt to Measure Boiling Heat Transfer Fluctuation through a Visible-light Transparent Heater by Infrared Thermography

尝试用红外热成像技术测量可见光透明加热器的沸腾传热波动

• DOI: 10.11322/tjsrae.21-08nk_em_oa
• 发表时间: 2021
• 期刊: Transactions of the Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers
• 作者: 河野通明;今井良二;吉田 雅輝，山田 俊輔，船見 祐揮，中村 元
• 通讯作者: 吉田 雅輝，山田 俊輔，船見 祐揮，中村 元