氷-水混相流の熱伝達に関する基礎研究

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地域冷暖房の高密度冷熱輸送のための要素技術の一つである利用端末での熱交換器の開発のための基礎研究として、氷-水混相流の伝熱について、最も基本的な二重管熱交換器における伝熱特性を実験的に検討した。供試熱交換器は後流部に7mの緩和区間を持つ長さ2.4mの二重管熱交換器(内管内径41mm,外径45mm、外管外径60mm)で、氷水混相流流路を内管に、温水流路を外管とした向流について以下の知見を得た。(1)氷-水混相流では水単相の場合に比べて圧力損失が幾分大きくなる。(2)氷-水混相流の熱通過率は水単相の場合と比べて全体に増加しており、氷含有率が高いほどその値は大きい。また、その増加の割合は氷粒子が移動層を形成して流れる低流速域で大きく、混合浮遊流れとなる0.6m/s以上の流速範囲では水単相の場合の熱通過率に近づく。(3)二重管熱交換器出口以降の緩和区間での水と氷の間の熱伝達率は、氷粒子の流動形態によって特徴づけられる。移動層を形成する流速範囲では氷粒子の全表面積で定義した熱伝達率は小さくなり、流速の増加に比例してその値も増加するが、混合浮遊流れとなる流速範囲では熱伝達率は一定の値を示す。