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Understanding dynamic heat transfer characteristics of dropwise condensation using high-speed thermal visualization techniques

使用高速热可视化技术了解滴状冷凝的动态传热特性

基本信息

批准号：
22K14194
负责人：
喜多由拓
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14194/
关键词：
滴状凝縮伝熱可視化感温塗料

项目摘要

本研究では，高時空間・温度分解能を両立した熱計測システムを開発し、滴状凝縮における局所的な非定常伝熱特性を実験的に明らかにすることで、高熱伝達率を有する滴状凝縮の熱伝達メカニズムや膜状凝縮への遷移メカニズムを解明することを目的としている。本年度は，研究の核となる熱計測システムを開発した。本システムは凝縮伝熱面の温度分布を取得することを目的とするが、凝縮面の裏側に冷却水を流す必要があるため、水を透過しない赤外線カメラを使うことはできない。そこで、本研究では感温塗料（Temperature Sensitive Paint; TSP）を採用した実験系を考案した。本年度はTSPの塗布条件を含めた基板構造の検討、実験装置の設計・製作ならびに温度・熱流束解析プログラムの開発を行った。実験装置の制約上、低熱流束域のみの実験に限られたが、滴状凝縮における液滴分布に対応する温度・熱流束分布の取得に成功した。現行の赤外線カメラ（~10 fps / ~10 μm）に相当する時空間分解能を達成した。今後の課題としては、ノイズ低減、TSPの劣化による計測データへの影響の検討、高熱流束域における実験が挙げられる。ノイズに関しては、生の画像データ（光強度）を温度に変化した後に適当なノイズフィルターを適用することが考えられる。現状、低熱流束域の実験しかできていないが、高熱流束の実験ではノイズの影響はより小さくなると考えられる。TSPの劣化に関しては、劣化を最小限にするための実験条件の検討、ならびに励起光照射時間と劣化量の定量化を行う予定である。最後に高熱流束域の実験については、冷却水温度は現状限界まで低くしているため、蒸気温度を上げて実験を行うことを検討している。研究実施者が知る限り、このレベルの解像度で凝縮における温度・熱流束分布を取得した実験例はなく、長年進歩が見られなかった凝縮伝熱分野において大きな学術的価値を有する。

In this study, the high time space temperature decomposition energy is established, the thermal measurement system is developed, the unsteady thermal characteristics of the droplet condensation system are realized, and the high heat transfer rate is realized. This year, research and development of thermal measurement systems were launched. The temperature distribution of the condensed surface is obtained from the temperature distribution of the condensed surface. The cooling water flow on the inner side of the condensed surface is necessary. In this study, the application of Temperature Sensitive Paint (TSP) was investigated. This year's TSP coating conditions include substrate structure design, device manufacturing, temperature, heat beam analysis, and development. The control of the temperature of the upper and lower heat flux regions of the device is successful in achieving the temperature and heat flux distribution of the droplet distribution due to droplet condensation The current infrared spectrum (~10 fps / ~10 μm) is equivalent to the time-space resolution energy achieved. Future issues include the analysis of the impact of measurement data on the reduction of fuel consumption, the degradation of TSP, and the practical problems in high heat flux areas. For example, if the temperature changes, the temperature will change. Current situation, low thermal flux region, high thermal flux region, low thermal flux region, high thermal flux region, low thermal flux region, high thermal flux region, high thermal TSP degradation is related to the minimum limit of degradation, the condition of degradation is discussed, the excitation light irradiation time is quantified, and the degradation amount is determined. Finally, the cooling water temperature is lower than the current limit, and the steam temperature is higher than the current limit The researchers know the limits, the resolution, the condensation temperature, the heat flux distribution, and the academic values of the study.