沸騰熱伝達マルチスケールモデリングのための素過程研究

沸腾传热多尺度模拟的初步过程研究

• 批准号: 21H01265
• 负责人: 矢吹 智英
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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-21H01265/
• 关键词: 沸騰熱伝達; 高速度赤外線カメラ; 熱伝達機構; 数値計算; マクロ液膜; 三相界線; MEMSセンサ

プール沸騰における熱伝達機構の解明を目的に研究を行っている．まず，高熱流束域の飽和沸騰で高速度赤外線カメラを用いた壁面熱伝達計測を行うことで，マクロ液膜の挙動と大きな乾きの発生の関係を観察した．結果として，少なくとも本実験条件においては，限界熱流束の発生のきっかけとなる大きな乾き面の発生が，壁面上でのマクロ液膜の移流（撥水的な挙動）によるものであることが示された．一方，表面張力の小さな界面活性剤水溶液の沸騰においても同様の実験を実施したところ，形成されるマクロ液膜が純水の場合よりも薄いことがわかった．さらに，純水の場合とは異なり，マクロ液膜の蒸発で大きな乾き面が形成される興味深い結果が得られた．液体の物性とマクロ液膜の挙動や乾き面の発生機構の関係を調べるのは今後の課題である．マクロ液膜の特性などを調べるためのプール沸騰の数値計算については，ポール・シェラー研究所の佐藤陽平博士の協力のもと，二相流ソルバであるPSI-BOIL上で計算コードを作成し，プール沸騰現象を安定的に計算できる段階にたどりついている．今後，数値計算により壁面上の熱流動場を可視化して，熱伝達機構を調べていく．深層学習を用いた熱流束パーティショニングについては，最も計算コストが高い，赤外線強度分布（温度分布）から熱輸送分布を得る過程を省略して解析を高速化する手法の開発に着手した．具体的には赤外線強度分布から深層学習により熱輸送分布を推定し，それを基に伝熱素過程を特定する方法を開発している．

这项研究是为了阐明池沸腾的传热机理。首先，我们观察到大型薄膜的行为与使用高热量通量区域中饱和沸腾的高速红外摄像头进行壁热摄像头进行大型干燥之间的关系。结果，结果表明，至少在实验条件下，发生大型干燥表面会触发临界热通量的产生，这是由于壁表面上的大液化膜的对流（依赖水的行为）。另一方面，当在沸腾的表面活性剂溶液的表面张力较小时进行类似的实验时，发现形成的大花叶膜比纯水薄。此外，与纯净水不同，大型流体膜的蒸发产生了大型的干燥表面。研究液体的物理特性，大型膜的行为与干燥表面产生的机制之间的关系将是一个挑战。为了计算池沸腾的数值计算，以研究大型薄膜的性质，在Paul Scheller Institute的Sato Yohei博士的合作下，在PSI-BOIL上创建了计算代码，两相流量求解器，并稳定地计算出库沸腾现象的阶段。将来，将通过数值计算来可视化壁上的热流场来研究传热机制。关于使用深度学习的热通量分配，我们开始开发一种方法，该方法通过省略从红外强度分布（温度分布）获得热传输分布的过程来加快分析，这是最计算的成本。具体而言，我们已经开发了一种使用来自红外强度分布的深度学习来估算热传输分布的方法，因此，我们开发了一种识别热传输元件过程的方法。

项目成果

高速度赤外線カメラを用いた界面活性剤添加による沸騰熱伝達促進機構の観察

利用高速红外相机观察表面活性剂添加促进沸腾传热机理

• 发表时间: 2022
• 作者: Wu Qixian;Chen Lin;Komiya Atsuki;茂田 正哉;木田健介，喜多由拓，仲松幹弥， 日高澄具，河野正道，高田保之;井生奈那子，矢島翔太，田中孝典，柴田修平，宮崎康次，矢吹智英
• 通讯作者: 井生奈那子，矢島翔太，田中孝典，柴田修平，宮崎康次，矢吹智英

CONTRIBUTION OF FUNDAMENTAL HEAT TRANSFER PROCESSES TO WALL HEAT TRANSFER IN SATURATED POOL BOILING OF WATER OBSERVED BY HIGH-SPEED INFRARED THERMOMETRY

高速红外测温观察水饱和池沸腾时基本传热过程对壁面传热的贡献

• 发表时间: 2021
• 作者: Tomohide Yabuki;Takanori Tanaka;Nanako Io;Shota Yajima;Koji Miyazaki
• 通讯作者: Koji Miyazaki

Heat flux partitioning and macrolayer observation in pool boiling of water on a surface with artificial nucleation sites

人工成核位点表面水池沸腾的热通量分配和大分子层观察

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.122924
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Heat and Mass Transfer
• 影响因子: 5.2
• 作者: Yajima Shota;Io Nanako;Miyazaki Koji;Yabuki Tomohide
• 通讯作者: Yabuki Tomohide

人工発泡点を付与した伝熱面上のプール沸騰における熱伝達機構の観察

人工发泡点传热面池沸腾传热机理观察

• 发表时间: 2021
• 作者: 田中 孝典;井生 奈那子;森﨑 仁紀;宮崎 康次;矢吹 智英
• 通讯作者: 矢吹 智英

水のプール沸騰における高熱流束域での熱伝達機構の研究

池水沸腾过程高热流密度区传热机理研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 紺谷 和史;陳誠;呂 仁国;川田 将平;谷 弘詞;小金沢 新治;多川 則男;田村亮太，井生奈那子，宮崎康次，矢吹智英
• 通讯作者: 田村亮太，井生奈那子，宮崎康次，矢吹智英