マイクロスケール流体力学と相変化現象に関する研究

微观流体动力学和相变现象研究

• 批准号: 00F00286
• 负责人: 高橋 実
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00F00286/
• 关键词: マイクロスケール伝熱; 沸騰; 二相流; 相変化; ポストドライアウト

沸騰等の相変化を伴う熱流体力学現象のマイクロスケールな相変化現象の解明を目的として研究を行い、次の成果が得られた。1.狭い水平矩形管内における単相流、サブクール沸騰および沸騰二相流の熱流動特性テフロン製基板上の厚さ18μmの銅箔ヒーターで挟んだ隙間寸法0.6mm〜2.07mm、幅8mm、長さ200mmの平行平板間の水平矩形流路に、入口蒸気クオリティ0〜0.3の水または水二相流を100kg/m^2s〜2,000kg/m^2sの質量流束で流し、一様熱流束100kW/m^2〜600kW/m^2で両面のヒーターを加熱することにより、狭い隙間内の沸騰二相流を形成させ、圧力損失と熱伝達率を測定した。圧力損失の測定ではテスト部出入口間の差圧を差圧変換器で測定し、熱伝達率の測定では予めダブルブリッジで銅箔の局所抵抗値の温度依存性を測定し、この結果をもとに抵抗測定からヒーター表面温度を求めた。沸騰二相流の熱伝達率は、2.07mmから1.58mmへの隙間間隔の減少に対して変化しなかったが、さらに1.09mm,0.60mmへと隙間間隔を減少させるにつれて、減少した。これは狭い隙間で沸騰伝熱が促進されるという従来の結果に反しているが、狭い隙間では気泡の成長が抑制されるため沸騰に対してより高い過熱度を必要とするという理論的予測および細管で沸騰伝熱が抑制されるという従来の結果と矛盾しない。この沸騰熱伝達は低クオリティで流速の影響を受けるが、高クオリティでは流速の影響を受けない。また、この隙間内の沸騰熱伝達率はRohsenowのプール沸騰熱伝達率より大きい。この隙間内の沸騰熱伝達率の実験式を求めた。隙間内の水単相流の摩擦圧力損失係数は通常流路の摩擦圧力損失係数よりも大きくなった。この単相流摩擦圧力損失の実験結果を用いて隙間内二相流摩擦損失の実験結果を無次元化し二相流増倍係数を求めた結果、通常流路に対するChisholm,ロシア標準法、Martinelli-Nelson、均質流のモデルから計算した二相流増倍係数よりも小さくなった。2.垂直環状流路内におけるポストドライアウト熱伝達狭い流路では蒸気温度が上がるためポストドライアウト熱伝達率は普通の流路より低下することがわかった。

The phase transition of boiling and so on is accompanied by the phenomenon of thermal fluid dynamics. The purpose of this study is to study the phase transition of boiling and so on 1. Thermal flow characteristics of single-phase flow, boiling flow and boiling two-phase flow in narrow horizontal rectangular tubes. Copper foil with thickness of 18μm on the substrate. Gap size 0.6 mm ~ 2.07 mm, width 8mm, length 200mm. Horizontal rectangular flow path between parallel plates. Inlet vapor flow rate 0 ~ 0.3. Water and water two-phase flow 100kg/m^2s ~ 2,000 kg/m^2s. Mass flow. A heat flux of 100kW/m^2 ~ 600kW/m^2 is used to measure the heating, pressure loss and heat transfer rate of the boiling two-phase flow in the narrow gap. The measurement of pressure loss and heat transfer rate of the differential pressure converter between the inlet and outlet of the copper foil are carried out. The heat transfer rate of boiling two-phase flow decreases from 2.07mm to 1.58mm and the gap spacing decreases from 1.09mm to 0.60mm. The results of boiling in the narrow gap are contradictory to those of high superheat. The boiling heat transfer rate is affected by the flow rate at low and high temperatures. The boiling heat transfer rate in the gap is higher than that in Rohsenow. The boiling heat transfer rate in the gap is determined by the method. Friction pressure loss coefficient of water phase flow in gap is larger than friction pressure loss coefficient of normal flow path The results of friction pressure loss of single phase flow are used in the calculation of friction loss of two-phase flow in the gap. The results of multiplication coefficient of two-phase flow are calculated without dimensionalization. The Chisholm standard method, Martinelli-Nelson method and homogeneous flow method are used in the calculation of multiplication coefficient of two-phase flow. 2. The temperature of steam in the vertical annular flow path is higher than that in the normal flow path

项目成果

高橋実, 秋穂正: "狭い水平矩形流路内の水沸騰二相流の伝熱流動特性"第40回日本伝熱シンポジウム,(広島). (2003)

Minoru Takahashi、Tadashi Akiho：“狭窄水平矩形流道中水沸腾两相流的传热流动特性”，第 40 届日本传热研讨会，（广岛）（2003 年）。

秋穂正, 高橋実, Guanghui Su, Dounan Jia: "狭い鉛直環状流路内のポストドライアウト熱伝達に関する実験研究"第39回日本伝熱シンポジウム,(札幌). F223 (2002)

Tadashi Akiho、Minoru Takahashi、Guanghui Su、Dounan Jia：“狭窄垂直环形通道中干燥后传热的实验研究”，第 39 届日本传热研讨会，（札幌）F223（2002 年）。