Significant enhancement of critical heat flux with three-dimensional porous-media manufacturing and surface modification technologies of heat-transfer surface structure

三维多孔介质制造和传热表面结构表面改性技术显着提高临界热通量

• 批准号: 21K04945
• 负责人: 古谷 正裕
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Waseda University
• 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-21K04945/
• 关键词: 沸騰熱伝達; 限界熱流束; 付加造形; 多孔質体; メニスカス; ナノ粒子; 急冷凝固; 表面改質; 多孔質構造; 沸騰冷却; 冷却限界

昨年度に改良した沸騰伝熱設備を用いて、プール沸騰熱伝達実験を行った。伝熱面の親水性を更に高めるため、水熱合成により酸化鉄及び酸化銅ナノ粒子を付着させた伝熱面を作成した。さらに伝熱面上にメニスカス効果を与えるため、線径約0.08 mmの極細線ウールを約1 mmの厚さで配置した。伝熱面に近い側からナノ粒子、極細線ウール、メッシュの複雑構造となるため、それぞれの限界熱流束及び沸騰熱伝達の向上効果を把握するため、7種類の伝熱面を作成し、個別に試験を行った。実験の結果、ナノ粒子の堆積のみでも沸騰熱伝達と限界熱流束が共に向上した。ナノ粒子堆積伝熱面に対して水滴を滴下し、接触角が低下していることを確認したことから、限界熱流束の向上は、伝熱面の親水性向上によると考えられる。極細線ウールを配置した場合にも沸騰熱伝達と限界熱流束が共に向上した。極細線ウールのメニスカス構造は拡大伝熱面として、また冷却水供給機構として機能していると考えられる。しかしながら厚さが約1 mm以上を越えると限界熱流束が顕著に低下することから、厚くなることで極細ウールとの接触抵抗が増大し、拡大伝熱面として機能せず、気泡が充満しやすくなることにより、限界熱流束を低下させると考えられる。3Dプリンタを用いてねじり板を内面に有する煙突構造を造形し、伝熱面上に設置した。円管よりねじり板を設置することで、限界熱流束が向上することが判明した。伝熱面に供給する水流量を増大できることが限界熱流束を向上させたと考えられる。これらの構造がもたらす相乗効果により限界熱流束は2.62 MW/m2と2.5倍に増大した（令和4年度中尾健人氏修士論文）。

Last year, the company improved the use of heat transfer equipment, heat transfer equipment, heat transfer equipment. Hydrothermal synthesis of iron and copper oxides in the form of particles The diameter of the wire is about 0.08 mm and the thickness is about 1 mm. The heat transfer surface is composed of particles, ultra-fine lines, complex structures, boundary heat flux beams and boiling heat transfer upward effects. As a result, the accumulation of particles in the heat transfer layer is limited to the heat flux layer. The particle accumulation heat transfer surface is opposite to the drop of water, the contact angle is lower, the limit heat flow beam is upward, and the hydrophilicity of the heat transfer surface is upward. Very fine line configuration, the case of boiling heat, limit heat beam and upward The structure of the cooling water supply mechanism has a large heat transfer surface and a large function. The thickness of the heat flux is about 1 mm. The contact resistance of the heat flux is increased. The heat flux is increased. The function of the heat flux is increased. The heat flux is decreased. 3D models are used to create smoke on the inner surface of the plate and heat on the outer surface. The tube is set up to limit the flow of heat. Water flow rate of heat supply increases. The limit heat flux is increased by 2.62 MW/m2 and 2.5 times.

项目成果

液膜保持機能に着目した構造付加によるプール沸騰限界熱流束の向上

通过添加注重液膜保留功能的结构来提高池沸腾极限热通量

• 发表时间: 2022
• 作者: Zhang Ting;Morita Koji;Liu Xiaoxing;Liu Wei;Kamiyama Kenji;中尾健人
• 通讯作者: 中尾健人

金属細線の液保持構造によるプール沸騰熱伝達の向上

利用细金属丝制成的液体保留结构改善水池沸腾传热

• 发表时间: 2022
• 作者: Daichi Takatsuka;Koji Morita;Wei Liu;Ting Zhang;Takeshi Nakamura;Kenji Kamiyama;加納達也
• 通讯作者: 加納達也

Formation and Coolability of Highly Porous Prototypic Metallic Sediments

高孔隙原型金属沉积物的形成和冷却性

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proc. 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics
• 作者: Masahiro Furuya;Rintaro Ohno;Kento Nakao;Akifumi Yamaji;Hirofumi Fukai;Hidetoshi Morita;Xin Li;Yuji Ohishi;Ikken Sato;Shinya Mizokami
• 通讯作者: Shinya Mizokami

Digital Twin to Digital Triplet - Tips and Tricks of Machine Learning for Nuclear Thermal Hydraulics -

数字孪生到数字三元组 - 核热水力机器学习的提示和技巧 -

• 发表时间: 2022
• 作者: Masahiro Furuya