減圧環境下における衝突液滴の局所除熱特性および液滴内部の沸騰気泡解析

减压环境下液滴碰撞及液滴内部沸腾气泡局部散热特性分析

• 批准号: 20K14676
• 负责人: 畠中 龍太
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14676/
• 关键词: 薄膜熱電対; 液滴衝突; 全反射法; TIR; ライデンフロスト; 核沸騰; 気泡成長; 液滴; 減圧環境; 気泡核生成

本研究の最終目標は、減圧環境下において、雰囲気ガスの相対湿度の調整を行った上で加熱面に単一液滴を衝突させ、固体表面温度の高時間/空間分解能計測と全反射法(TIR)による固液接触部計測の2つを同時実施することで気泡成長と壁面熱流束を評価すること、およびそれを用いて液滴の加熱面衝突現象における減圧環境の影響を解明することである。FY2022は同時計測システムにおける温度データ校正試験手法に関して外部有識者と議論を進め、その見直しを行った。現在の熱電対アレイの構成では、薄膜熱電対部分と（同材料で構成される）リード線部分のゼーベック係数の効果を分離できず、両者のゼーベック係数に差がある場合は温度絶対値を正しく評価できないことがわかった。そこで、薄膜熱電対アレイに校正試験専用の薄膜測温抵抗体を形成する前提で成膜パターンの変更を行い、TIR/温度計測の同時実施のコンフィギュレーション（真空デシケータ内）で校正試験を行うための手順検討や治具の設計を実施した。また、これまでに得られた実験データの解釈（特に濡れ広がる液滴内部の成長気泡の底部におけるミクロ液膜の有無）に関し、文献調査・検討・外部有識者と議論を進めた。現時点では液膜は無い可能性が高く、その前提で観測されている気泡成長速度を再現できるような物理モデルの検討を進めている。TIR計測と温度計測の同時実施自体には成功しており、液滴実験において既に興味深いデータは得られているが、論文執筆のためは校正手順の構築と計測の不確かさの定量的な把握が不可欠であるため、FY2023中にその問題を解決し、査読論文１本としてまとめることを目指す。

The final goal of this research is to evaluate bubble growth and wall heat flux by adjusting the relative humidity of the atmospheric gas in a reduced pressure environment, and then collide with a single droplet on the heating surface, and to simultaneously perform two steps: high time/spatial resolution measurement of solid surface temperature and solid-liquid contact area measurement using total reflection (TIR), and to use this to clarify the effects of the reduced pressure environment on the heating surface液滴的碰撞现象。 2022财年与外部专家讨论了同时测量系统的温度数据校准测试方法，并审查了它们。已经发现，当前的热电偶阵列配置无法分离薄膜热电偶部分和铅线部分之间的Seebeck系数的效果（由相同的材料组成），并且如果两者之间的Seebeck系数差异，则绝对温度值将无法正确评估。因此，在以下前提是在薄膜热电偶阵列上形成了用于校准测试的薄膜电阻温度检测器，更改了膜，并检查了该过程，并执行了夹具设计，以同时进行TIR/温度测量，以在构型中进行校准测试。此外，还进行了文献综述，并与外部专家进行了讨论有关迄今为止获得的实验数据的解释（尤其是在湿滴内生长的气泡的底部是否有微液化膜）。在这一点上，很可能没有液体膜，我们目前正在考虑一个可以在此前提下重现观察到的气泡生长速率的物理模型。尽管TIR和温度测量的同时实现已经成功，并且在液滴实验中已经获得了有趣的数据，但必须构建对测量不确定性的校准程序和定量理解，因此我们旨在在FY2023期间解决此问题，并将其作为同行收回的论文进行汇总。

项目成果

減圧環境下で高温壁面に衝突する液滴のVapor rebound現象

减压环境下液滴与高温壁面碰撞的蒸气反弹现象

• 发表时间: 2022
• 作者: 畠中 龍太、J. Breitenbach;I. V. Roisman;C. Tropea;田川 義之
• 通讯作者: 田川 義之

Darmstadt工科大学/Otto-von-Guericke- Universitat Magdeburg(ドイツ)

达姆施塔特工业大学/奥托·冯·格里克-马格德堡大学（德国）