高性能マイクロ二相流熱交換器の最適設計に関する研究

高性能微型两相流换热器优化设计研究

• 批准号: 13305015
• 负责人: 笠木 伸英
• 金额: $ 21.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13305015/
• 关键词: 強制対流沸騰; 極細管; 過熱現象; マイクロチャネル; マイクロマシン技術; 可視化; 薄膜熱電対; マイクロ二相流熱交換器; 高性能・小型化; 強制対流沸騰熱伝達; 過熱; 局所熱伝達率; 管群まわり流れ; ニューラルネットワーク

本研究では,極めて細い裸管を用いた管群など,比較的単純な構造からなる熱交換器コアを想定した最適設計ツールを開発し,また,それを用いた最適計算によって,より高性能な熱交換器の開発を試みることを目標としている.本年度は,第2年度として,以下の研究を進めた.1)細管群単相流熱交換器の性能評価前年度までに試作した計算機サーバー用熱交換器プロトタイプについて放熱実験を行って,モデル計算の結果と比較した.総伝熱量の計測値は,予測値よりも20%低い値となったが,空気側,水側圧力損失については,おおよそ予測値と一致する結果が得られ,現行の放熱器の12%の体積で同程度の性能が実現できることを明らかにした.2)極細管内の強制対流沸騰熱伝達計測内径0.19〜0.5mmの極細管を用いて強制対流沸騰熱伝達実験を行い,R123,FC72の2種類の冷媒に対して,質量流束,熱流束が熱伝達率に対する影響を系統的に調べ,従来の経験式では予測誤差が非常に大きいことを示した.また,過熱現象の発生する条件について検討し,用いた2種類の冷媒では,ボイリング数と質量流束で整理できることを明らかにした.3)マイクロマシン技術を用いた沸騰可視化テストベンチの試作可視化と壁温計測が可能なマイクロチャネルのマイクロマシン製作プロセスを確立し等価直径200ミクロンの強制対流沸騰実験用テストベンチを試作した.高速度カメラを用いて強制対流沸騰における流動様式の可視化結果を行い,マイクロスケール特有の過熱現象を観察した.

In this research, we will develop an optimal design for a heat exchanger with a relatively simple structure using extremely thin bare tubes, and also use optimal computing to test the development of a high-performance heat exchanger. This year, the second year, the following research progress. 1) Performance evaluation of thin tube group single-phase flow heat exchanger in the previous year, trial operation of computer heat exchanger, comparison of calculation results. The measured value of heat transfer, the predicted value is 20% lower, the pressure loss of air side and water side is 20% lower, the predicted value is consistent with the measured value. The performance of the existing radiator is 12% of the volume. 2) The stress flow boiling heat transfer in the very thin tube is measured. The inner diameter of the very thin tube is 0.19 ~ 0.5mm. R123,FC72 and two kinds of freon, mass flow, heat beam and heat transfer rate influence the system regulation, the prediction error is very large. 2 kinds of freon are used to investigate the conditions under which overheating occurs. The number of particles and the mass flow beam are arranged. 3) The technology of particles and mass flow is used to visualize the boiling temperature. 3) The technology of particles and mass flow is used to visualize the boiling temperature. 4) The technology of particles and mass flow is used to visualize the boiling temperature. High velocity flow pattern visualization results of forced flow boiling with high velocity flow pattern visualization results of forced flow boiling with high velocity flow pattern visualization results of forced flow pattern visualization results.

项目成果

奥, 笠木: "電子機器冷却の為の細管群マイクロ熱交換器の最適設計"日本機械学会熱工学講演会講演論文集. 555-556 (2001)

Oku，Kasagi：“用于冷却电子设备的薄管组微型热交换器的优化设计”日本机械工程师学会热工会议录555-556（2001）。

厳, 那須, 笠木, 鈴木: "極細管強制対流沸騰熱伝達に関する研究"日本機械学会熱工学講演会講演論文集. 625-626 (2001)

Gen，Nasu，Kasagi，Suzuki：“超细管强制对流沸腾传热的研究”日本机械工程师学会热工会议录625-626（2001）。