自然冷媒CO_2の超臨界/亜臨界域における細管内の熱伝達

本研究では、コンパクトで高性能な亜臨界域CO_2用蒸発器の最適設計指針を得ることを目的として、内径1.0〜2.0mmの水平細管を用いて、亜臨界域CO2の単相伝熱・圧力損失、沸騰蒸発熱伝達の実験を行い、以下の成果を得た。(1)入口圧力約0.6MPaで内径1.0〜2.0mmの水平細管を用いて、蒸気単相圧力損失の実験を行った。管摩擦係数f_vの測定値は層流及び乱流域とも従来の式と一致した。(2)入口圧力約6MPaで内径1.8mmの水平細管を用いて、液単相圧力損失の実験を行った。管摩擦係数f_lの測定値は層流域で従来の式と一致しなかった。(3)入口圧力約6MPaで内径1.8mmの水平細管を用いて、液単相熱伝達の実験を行った。熱伝達特性の実験値は層流域で従来の式より2倍程度高くなり、乱流域でGnielinskiの式と一致した。(4)入口圧力約6MPaで内径1.8mmの水平細管を用いて、沸騰熱伝達の実験を行った。CO_2の入口過冷度が大きい場合(約20K)は、熱伝達係数はクオリティの増加につれて低下する。この原因は流動様式が逆環状流になったためだと考えられる。CO2の入口過冷度が小さい場合(約8K)は、一般的の環状流と同様熱伝達係数はクオリティの増加につれて上昇する。(5)亜臨界域(約6MPa)の熱伝達係数は修正したらYuらの式で予測できる。

本研究では、コンパクトで高性能な亜臨界域CO_2用蒸発器の最適設計指針を得ることを目的として、内径1.0〜2.0mmの水平細管を用いて、亜臨界域CO2の単相伝熱・圧力損失、沸騰蒸発熱伝達の実験を行い、以下の成果を得た。(1)入口圧力約0.6MPaで内径1.0〜2.0mmの水平細管を用いて、蒸気単相圧力損失の実験を行った。管摩擦係数f_vの測定値は層流及び乱流域とも従来の式と一致した。(2)入口圧力約6MPaで内径1.8mmの水平細管を用いて、液単相圧力損失の実験を行った。管摩擦係数f_lの測定値は層流域で従来の式と一致しなかった。(3)入口圧力約6MPaで内径1.8mmの水平細管を用いて、液単相熱伝達の実験を行った。熱伝達特性の実験値は層流域で従来の式より2倍程度高くなり、乱流域でGnielinskiの式と一致した。(4)入口圧力約6MPaで内径1.8mmの水平細管を用いて、沸騰熱伝達の実験を行った。CO_2の入口過冷度が大きい場合(約20K)は、熱伝達係数はクオリティの増加につれて低下する。この原因は流動様式が逆環状流になったためだと考えられる。CO2の入口過冷度が小さい場合(約8K)は、一般的の環状流と同様熱伝達係数はクオリティの増加につれて上昇する。(5)亜臨界域(約6MPa)の熱伝達係数は修正したらYuらの式で予測できる。