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

基本信息

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

项目摘要

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．

下面总结了第4财年实施的主要内容。 1）矩形细流路径的实验设备：我们制造了一个由头罐，纯水设备，脱气设备，加热热交换器，预热器，测量区和冷却热交换器组成的实验设备。测量部分由聚碳酸酯制成，并形成一个矩形流动路径，侧面长度为2 mm，长度为180 mm。可见的透明加热器（由氟化钙窗材料的顶部表面形成的2 mm宽ITO膜制成的加热器）安装在矩形流动路径底部的一部分上。该实验装置证实，在大约100至200 kg/（m2·s）的水量通量和加热器190 kW/m2的加热热通量的条件下，可以产生流动沸腾（气泡和炉渣流）。 2）测量流动沸腾中传热波动的测量：在上述设备的测量部分中，使用两个高速摄像机从上和下面拍摄了流动沸腾的行为。同时，使用高速红外摄像头（2000 Hz，0.2 mm/pix）从底部测量加热器（ITO膜）的温度波动（ITO膜）。结果，可以证实可以通过气泡产生，薄液膜的蒸发，干燥和重新润湿来高速测量热通量波动。这使得可以定量掌握瞬时热通量分布，其时间变化与每个流动模式相对应。还可以证实，由于与气体生长相关的薄液膜的形成，热通量显着增加。 3）关于沸腾引起的壁温波动预测的基本研究：简单地建模了与液滴中沸腾气泡形成相关的传热波动，并使用此模型作为边界条件进行了热传导模拟。在执行了改变壁表面材料的模拟后，我们比较并检查了先前报道的分析溶液，发现壁温波动振幅基本上与壁表面的热渗透性成反比。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Yoshida;S. Yamada;Y. Funami;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

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
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

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

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
影响因子：
0
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